Принципы обогащения сырья
Важное технико-экономическое значение в рациональной переработке сырья имеет использование концентрированного сырья, обогащенного полезными компонентами. Применение концентрированного сырья снижает стоимость последующей химической переработки и, следовательно, стоимость продукта производства и повышает его качество. Такое сырье способствует интенсификации технологического процесса и экономии топлива. Расходы на транспортировку сырья к месту переработки снижаются пропорционально концентрации ценных компонентов.
Концентрированное сырье получают его обогащением. В процессе обогащения отделяют ценные компоненты от примесей, используя различия в их физических, физико-химических и химических свойствах, а также разделяют на компоненты сложные смеси, полиметаллические руды. Методы обогащения разнообразны и принципиально различны для твердого, жидкого и
газообразного сырья.
Твердое минеральное сырье предварительно измельчают, далее измельченная масса поступает на обогащение, в результате которого получают концентрат (фракция, обогащенная полезными компонентами) и пустую породу ‑ хвосты. Для твердого сырья чаще всего применяют механические способы обогащения ‑ рассеивание (грохочение), гравитационное разделение, электромагнитную и электростатическую сепарацию, а также физико — химический метод ‑ флотацию.
Рассеивание (грохочение) применяют для разделения твердой породы, содержащей минералы различной прочности и образующей при измельчении зерна разной величины. При последовательном пропускании измельченного сырья через грохоты ‑ металлические сита с отверстиями разных размеров ‑ происходит разделение на фракции, обогащенные определенным минералом.
Гравитационное обогащение (мокрое и сухое) основано на разной скорости падения частиц измельченного материала различной плотности и величины в потоке жидкости или газа или на действии центробежной силы. Чаще всего проводят мокрое обогащение в потоке воды. Центробежное ускорение в гидроциклонах во много раз выше ускорения при осаждении частиц, поэтому они дают более высокую производительность, чем осадительные камеры; соответственно меньше их габариты. Гравитационные способы применяют для обогащения сырья в производствах минеральных солей, силикатных материалов, в металлургии а также при обогащении углей.
Электромагнитное и электростатическое обогащение основано на различиях в магнитной проницаемости или в электрической проводимости компонентов сырья. Эти способы применяют для отделения магнитовосприимчивых частей от немагнитных и электропроводящих от диэлектриков.
Флотация ‑ широко распространенный способ обогащения, применяющийся для разделения полиметаллических сульфидных руд, обогащения каменных углей и многих других минералов. Флотация основана на различии в смачиваемости водой и прилипании частиц обогащаемого минерала к пузырькам пропускаемого через пульпу воздуха. Плотность агрегата минерал ‑ воздух меньше, чем плотность того же объема пульпы, поэтому он всплывает на поверхность. Большинство минералов природных руд мало отличаются по смачиваемости друг от друга. Для их разделения необходимо создать условия неодинаковой смачиваемости водой отдельных компонентов породы, для чего применяют разнообразные химические соединения ‑ флотационные
реагенты.
Термическое обогащение твердого сырья основано на различии в плавкости компонентов сырья. Например, нагреванием серосодержащей породы отделяют легкоплавкую жидкую серу от пустой породы, состоящей из более тугоплавких известняков, гипса и др.
Химическое обогащение основано на различии во взаимодействии компонентов сырья с химическими реагентами с последующим выделением образовавшегося соединения осаждением, испарением, плавлением и т. п.
Для выделения ценных компонентов из жидкостей часто применяют экстракцию ‑ избирательное растворение их в органических растворителях. При последующей регенерации экстрагента выделяют одновременно и поглощенные вещества.
Газовые смеси разделяют, используя различия компонентов смеси в температурах кипения, растворимости и других свойствах. Разные температуры кипения дают возможность при сжатии и сильном охлаждении последовательно конденсировать отдельные компоненты. Так, из коксового газа, содержащего 53-60 % Н2, получают газообразный водород, последовательно конденсируя и отделяя содержащиеся в газе углеводороды, оксид углерода, кислород и азот. В других случаях газовую смесь сжижают и затем разделяют на компоненты перегонкой в ректификационных колоннах.
Широкое распространение в промышленности для разделения газовых смесей находят методы сорбции ‑ избирательное поглощение компонентов смеси жидкими (абсорбция) или твердыми (адсорбция) веществами. Поглощенные компоненты выделяют (процесс десорбции) нагреванием, обработкой водяным паром и т. п.
Источник
Способы обогащения сырья
Обогащение природного сырья осуществляется с использованием различных физических и физико-химических свойств минералов следующими способами и методами: промывка, гравитация, флотация, магнитная и электрическая сепарация, окускование (агломерация и окатывание) и др.
Различают мокрый и сухой вариант обогащения полезных ископаемых и многих других разновидностей сырья.
1. Мокрые способы и методы обогащения:
а) промывка горных пород водой во вращающихся барабанах (удаление загрязненных примесей, в основном глины);
б) гравитация применяется при разной плотности полезных компонентов разделяемых минералов с использованием различных скоростей движения частиц в водной (или воздушной) среде под действием центробежных или гравитационных сил; к этому методу относится отсадка, т.е. более тяжелые частицы рудных пород или ценных компонентов оседают на дно емкости с водой;
в) флотация — плавание на поверхности воды, т.е. метод отделения одних частиц металлов или минералов от других в водной среде, т.е. это обогащение, основанное на различии в физико-химических свойствах поверхностей разделяемых минералов. Флотация выполняется во флотационных машинах. Различают флотацию масляную, пленочную и пенную. Эти разновидности флотации составляют основу метода обогащения полезных ископаемых и минерально-сырьевых ресурсов Земли.
2. Сухие способы обогащения:
а) магнитная сепарация — отделение железосодержащих минералов (т.е.обладающих ферромагнитными свойствами) от пустой породы. Используется в тех случаях, когда природные минералы обладают различной магнитной восприимчивостью, т.е. намагничиваемостью;
б) электрическая сепарация — обогащение минерального сырья, применяющегося в тех случаях, когда минералы полезных ископаемых (различных руд) имеют различие в своих электрических свойствах (к примеру, обладают разными электрическими проводимостями, разными способностями заряжаться при трении и др.);
в) обжиг — это подготовка сырья к последующему обогащению, применяется в тех случаях, когда сырье (в частности, различные породы руд) содержит минералы, изменяющиеся при высокой температуре (например, выделяют С02, кристаллизационную воду, меняющие свою плотность, магнитную восприимчивость, содержат примеси, растрескиваются и т.д.).
Все перечисленные методы обогащения природного сырья и минерально-сырьевых ресурсов применяются в отдельности или совокупно в разных сочетаниях.
Окускование — процесс переработки (подготовки) концентратов, полученных после обогащения сырья или рудной мелочи, в кусковые материалы необходимых размеров путем агломерации, окатывания (окомкования) или брикетирования.
Агломерация — процесс спекания сырья (мелких сырых руд (8—10 мм) и ее концентратов, топлива (коксовой и антрацитовой мелочи) и флюса (известняка) до 3 мм в агломерационных машинах при 1200—1500 °С в кусковой пористый материал — агломерат (5—10 мм), использующийся в металлургии черных (чугун, сталь, ферросплавы) и цветных (алюминий, никель, свинец) металлов.
Окатывание — процесс получения из увлажненного водой мелкого (пылевидного) рудного сырья, шихты, тонкоизмельченного концентрата или минеральных удобрений — шариков (окатышей) размерами 10—15 мм. Иначе этот метод называется окомкованием. Окатыши бывают неофлюсованными и офлюсованными (с добавлением флюсов). Их получают во вращающихся барабанах, тарельчатых или конусных грануляторах. Затем сушат при температуре 300— 600 °С и обжигают в специальных шахтных печах при температуре 1200—1350 °С. Сушат для придания им прочности и сохранения в них пористости.
Брикетирование — процесс переработки мелкого ископаемого сырья (к примеру, топлива, руд) и различных материалов промышленного и сельскохозяйственного назначения в куски — брикеты, имеющие геометрически правильные формы и практически одинаковые массы. Брикетирование широко применяется в пищевой промышленности (для выпуска главным образом пищевых концентратов) и в сельском хозяйстве (при производстве концентрированных и полнорационных кормов), а также брикетов из сена или соломы.
При брикетировании создаются дополнительные сырьевые ресурсы из мелких материалов, использование которых малоэффективно или затруднительно, а также утилизируются отходы (пыль, шлаки, металлические и древесные стружки и т.п.). Брикетирование производится путем прессования в ленточных, вальцевых, штемпельных или кольцевых прессах, а также в специальных кормовых брикетировщиках.
Дата добавления: 2015-11-12 ; просмотров: 3278 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
Обогащение сырья
Обогащение сырья — это процесс отделения лишней породы от сырья, что приводит к получению концентратов (полезных минералов). Существует гравитационное, флотационное, электростатическое и электромагнитное обогащения.
Гравитационное обогащение основано на использовании разницы в удельном весе полезных ископаемых и лишней породы. Это обогащение используется в процессе добычи золота, платины, вольфрама и других веществ.
Жидкостное гравитационное обогащение осуществляют в шлюзах, осадочных машинах и на концентрационных столах. Обогащение в шлюзах имеет следующий принцип: смесь очень раздробленной руды в растворе (пульпа) подают на шлюз, где имеет место распределение частиц в связи с различным удельным весом. Более тяжелые частицы (руда) оседают на дно, а легкие (лишняя порода) уходят с потоком жидкости. Обогащение на концентрационных столах выполняется аналогично, только отличается непрерывной разгрузкой концентрата в связи с колебанием концентрационного стола.
В осадочных машинах отделения минеральных частиц происходит под действием подъемного импульса струи воды. Очень частое повторение переменного движения струи воды способствует отделению и концентрации тяжелых частиц в нижних слоях машины, а излишняя порода выносится жидкостью.
Воздушное гравитационное обогащение выполняется на основе разделения полезной и пустой породы в потоке воздуха. Сепараторы, осадочные машины и концентрационные столы работают так же, как и в процессе жидкостного обогащения.
К физико-химическим методам обогащения относят: флотацию, основанную на различном смачивании полезных минералов и лишней породы сырья. Она используется, например для обогащения нефтепродуктов. В ванну с жидкостью (водой, керосином, жидким стеклом и т.п.) засыпают измельченную до 0,3-0,5 мм руду. Через днище ванны подают воздух, который, проходя сквозь жидкость, удерживает пульпу в неподвижном состоянии. При этом частицы, плохо смоченные жидкостью, приклеиваются к пузырькам воздуха и накапливаются на поверхности ванны, образуя пену. Смоченные частицы оседают на дно. Пену собирают ковшами, а частицы со дна разгружают в посуду.
Для полиметаллических руд используют селекционную флотацию, при которой сначала с помощью специальных флотореагентов отделяют один компонент, а затем таким же образом последовательно с помощью нового флотореагента отделяют второй компонент.
Электромагнитное обогащение основано на свойствах частиц минерального сырья заряжаться в электростатическом поле разными по размеру и полюсами зарядами в зависимости от химического состава, физического состояния сырья. Под влиянием элементов сепаратора частицы с разными зарядами получают различные траектории движения и разделяются.
Химические способы обогащения основаны на разных свойствах разделения частиц сырья в растворах и отделении, таким образом, полезных компонентов. Такой способ позволяет отделить золото от серебра вследствие реагирования их с ртутью, цианистым натрием и хлором. Обжиг минералов с целью расплавления карбонатов или отделения кристаллизационной воды, обжиг органических смесей, также являются типичными химическими средствами обогащения.
Источник
Обогащение сырья
Сырьё
Химическая промышленность характеризуется высокой материалоёмкостью производства. На одну тонну 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. В химической промышленности затраты на сырьё в себестоимости продукции составляют 60-70% и более.
От вида и качества сырья существенно зависит полнота использования производственных мощностей отраслей химической промышленности, производительность тепла, продолжительность работы оборудования, затраты труда и т.д. Свойства сырья, содержание в нём полезных и вредных компонентов определяют применяемую технологию его обработки.
Виды сырья весьма разнообразны, и их можно разделить на следующие группы:
- минеральное сырьё;
- растительное и животное сырьё;
- воздух, вода.
1. Минеральное сырьё – полезные ископаемые, добываемые из земных недр.
Полезные ископаемые в свою очередь подразделяются на:
- рудные (получение металлов) важные полиметаллические руды
- нерудные (удобрения, соли, H + , OH — стекло и т.д.)
- горючие (угли, нефть, газ, сланцы)
Рудное сырьё – это горные породы, из которых экологически выгодно получать металлы. Металлы в нём находятся большей частью в виде оксидов и сульфидов. Руды цветных металлов довольно часто содержат в своём составе соединения нескольких металлов – это сульфиды Pb, Cu, Zn, Ag, Ni и др. Такие руды называют полиметаллическими или комплексными. Непременной составной частью всех промышленных руд является FeS2 – пирит. При переработке некоторых руд получают наряду с металлами и другие продукты. Так, например, одновременно с Cu, Zn, Ni при переработке сульфидных руд получают и H2SO4.
Нерудное сырьё – это горные породы, используемые в производстве неметаллических материалов (кроме хлоридов щелочных металлов и Mg). Этот вид сырья или непосредственно используется в народном хозяйстве (без химической переработки) или служит для того или иного химического производства. Это сырьё используют в производстве удобрений, солей, кислот, щелочей, цемента, стекла, керамики и т.д.
Нерудное сырьё условно делят на следующие группы:
- строительные материалы – сырьё используется непосредственно или после механической или физико-химической отработки (гравий, песок, глина и т.д.)
- индустриальное сырьё – используется в производстве без обработки (графит, слюда, корунд)
- химическое минеральное сырьё – используют непосредственно после химической обработки (сера, селитра, фосфорит, апатит, сильвинит, каменная и другие соли)
- драгоценное, полудрагоценное и поделочное сырьё (алмаз, изумруд, рубин, малахит, яшма, мрамор и т.д.)
Горючее минеральное сырьё – ископаемые, которые могут служить в качестве топлива (угли, нефть, газ, горючие сланцы и др.)
2. Растительное и животное сырьё – это продукты сельского (земледелия, животноводства, овощеводства), а также мясного и рыбного хозяйства.
По своему назначению оно подразделяется на пищевое и техническое. К пищевому сырью относятся картофель, сахарная свекла, хлебные злаки и т.д. Химическая и другие отрасли промышленности потребляют растительное и животное сырьё, непригодное для пищи (хлопок, солома, лён, китовый жир, когти и т.д.). Деление сырья на пищевое и техническое в некоторых случаях условно (картофель → спирт).
3. Воздух и вода являются самым дешёвым и доступным сырьём. Воздух – практически неисчерпаемый источник N2 и O2. H2O не только непосредственный источник H2 и O2, но и участвует практически во всех химических процессах, а также используется как растворитель.
Экономический потенциал любой страны в современных условиях в большей степени определяется природными ресурсами полезных ископаемых, масштабами и качественной характеристикой их местоположений, а также уровнем развития сырьевых отраслей промышленности.
Сырьевые ресурсы современной промышленности очень разнообразны, причем с развитием новой техники, внедрением более эффективных методов производства сырьевая база постоянно расширяется за счёт открытия новых месторождений, освоения новых видов сырья и более полного использования всех его компонентов.
Отечественная промышленность имеет мощную сырьевую базу и располагает запасами всех необходимых ей видов минерального и органического сырья. В настоящее время США занимает первое место в мире по добыче запасов P, каменных солей, NaCl, Na2SO4, асбеста, торфа, древесины и т.д. У нас одна из первых мест по разведанным залежам нефти и газа. И разведанные запасы сырья из года в год увеличиваются.
На современном этапе развития промышленности большое значение приобретает рациональное использование сырья, которое предполагает следующие мероприятия. Рациональное использование сырья позволяет повысить экологическую эффективность производства, т.к. стоимость сырья составляет основную долю в себестоимости химической продукции. В связи с этим стремятся использовать более дешёвое, особенно местное сырьё. Например, в настоящее время в качестве углеводородного сырья всё шире используют нефть и газ, а не каменный уголь, этиловый спирт, полученный из пищевого сырья заменяют на гидролизный из древесины.
Всякое ископаемое сырьё после его добычи из земной коры, кроме полезной минеральной части, всегда содержит некоторое количество малоценных или бесценных, а иногда и вредных для данного производства примесей – пустой породы. Поэтому процесс получения минерального сырья не ограничивается только выемкой его из месторождений. До поступления в производство сырьё подвергают такой обработке, чтобы его состав и свойства удовлетворяли требованиям данного технологического процесса. Такое изменение состава минерального сырья, заключающееся в увеличении концентрации в нём полезной части называют обогащением.
Обогащение полезных ископаемых, как правило, сложный и дорогостоящий процесс. Однако, не смотря на дополнительные затраты, связанные с обогащением, оно обеспечивает значительный эффект, определяемый:
1) возможностью расширения сырьевой базы за счёт комплексного использования сырья и вовлечения в эксплуатацию бедных по содержанию основного компонента минералов и руд.
2) более полное использование оборудования на химических предприятиях за счёт переработки высококонцентрированного сырья.
3) существенным улучшением качества готовой химической продукции.
4) значительной экономией транспортных средств, вследствие уменьшения перевозок, приходящихся на долю пустой породы.
Обогащению могут подвергаться твёрдые материалы (например, горные породы) жидкости и растворы, а также газовые смеси.
В случае обогащения твёрдых материалов полученный продукт называют концентратом, а отходы – 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 сырьё.
Методы обогащения твёрдых материалов весьма разнообразны, они основаны на различии физических и химических свойств веществ, входящих в состав сырья, например, прочности, плотности, твёрдости, растворимости, магнитной проницаемости и т.д.
- Главная задача – комплексное использование сырья.
Извлекая из сырья основной продукт, сырьё обогащается по другим компонентам, которые подчас являются более дорогими, чем основной продукт.
Например: производство цинка
ZnO (CuO, PbO, CdO, Au, Ag, РЗЭ, Pt)
Zn Cu-Pb+Pt Cu-Cd+Pt
Cu+Pt Pb+Pt Cd Cu+Pt → Cu
- Уменьшение отходов производства
Отходы производства используются либо на самом производстве, либо используют на другие производства. Например, цементная промышленность использует шлаки (металлы), сельскохозяйственная промышленность использует шлаки с фосфором. Ti, V и др. извлекают из металлургических шлаков. Из отходов производства сейчас выпускают ТНП.
- Использование «вторичного сырья»
Особенно это относится к металлургической и целлюлозно-бумажной промышленности. Используется металлолом, макулатура и т.д.
- Использование местного сырья
Это особенно приобретает значение при длинных перевозках, т.к. сокращение перевозок снижает себестоимость продукции.
- Замена пищевого сырья непищевым
Этиловый спирт не из картофеля, а гидролизный или из этилена. При синтезе синтетического каучука спирт как сырьевой продукт заменяют на бутан (из природного газа).
Основные методы обогащения твёрдых веществ:
1. Рассеивание (грохочение) основано на том, что минералы, входящие в состав сырья, имеют различную прочность, поэтому при дроблении менее прочные (хрупкие) минералы дробятся на более мелкие зёрна, чем прочные (вязкие) материалы. Если после измельчения просеять такое сырьё через сито с отверстиями различного размера, то можно получить фракции, обогащённые тем или иным минералом.
2. Гравитационное разделение основано на различии скоростей осаждения частиц в жидкости или газе в зависимости от плотности или хрупкости этих частиц. Если осаждение производят в жидкости (чаще всего в воде), его называют мокрым гравитационным обогащением, если осаждение ведут в газе (чаще в воздухе), его называют сухим гравитационным обогащением.
3. Магнитная сепарация применяется для обогащения магнитновосприимчивых материалов от немагнитных, а также для удаления стальных предметов, случайно попавших в руду; так отделяют магнитный железняк от пустой породы.
4. Флотационное обогащение основано на различной смачиваемости зёрен отдельных минералов водой. Частицы несмачиваемого (гидрофобного) материала не преодолевают силы поверхностного натяжения воды и остаются на её поверхности. Частицы смачиваемого (гидрофильного) материала обволакиваются плёнкой жидкости и опускаются на дно аппарата. Несмачиваемый материал снимают с поверхности жидкости, отделяя от руды.
Жидкие растворы различных веществ концентрируют упариванием растворителя, вымораживанием, выделением примесей в осадок или в газовую фазу.
Газовые смеси разделяют на компоненты последовательной конденсацией, т.е. переводят их в жидкое состояние при постепенном понижении температуры и сжатии. Этот метод основан на различии температур конденсации компонентов газовой смеси. В других случаях газовую смесь сначала превращают в жидкость, а затем последовательным испарением её разделяют на индивидуальные компоненты. Разделение газовых смесей осуществляется также поглощением отдельных газов жидкостями (абсорбция) или твёрдыми веществами (адсорбция) с последующим выделением их из сорбентов в поглощенном виде.
А теперь перейдём к более подробному ознакомлению с теоретическими основами и технологиями процессов обогащения.
Как уже выяснили, первой стадией любого процесса обогащения твёрдых тел является стадия измельчения. В зависимости от размеров кусков исходного и измельчённого материала различают следующие классы измельчения:
Класс измельчения | Размер кусков исходного материала, dн, мм | Размер кусков измельчённого материала, dк, мм | |||
Дробление a) крупное b) среднее c) мелкое Помол a) грубый b) средний c) тонкий d) коллоидный | 1-5 0,1-0,05 0,1-0,04 3 /dк 3 =i0 – объёмной степенью измельчения. Под dн и dк подразумевают размеры наибольших кусков. При измельчении крупных и средних кусков обычно i = 3-8, а для мелких i = 10-50 и более. При этом, чем прочнее измельчённый материал, тем меньше величина i. Одним из важнейших технико-экономических показателей процессов измельчения твёрдых материалов является расход энергии для совершения работы измельчения. Если предположить, что измельчение тело является однородным, абсолютно упругим и делится по строго определённому геометрическому закону, то расход энергии должен быть пропорционален величине вновь образованной поверхности в измельчённом материале (поверхностная гипотеза Риттингера 1867 г.) Так, например, тело кубической формы с длиной ребра dн имеет поверхность Fн=6dн 3 . Разрежем этот куб на z маленьких кубиков с длиной ребра dк. Число этих кубиков будет равно dн 3 /dк 3 , а их суммарная поверхность Fx=6 Принимая, что на образование единицы поверхности затрачивается работа Ау, получим выражение для работы на измельчение рассматриваемого тела А=6Ауd Величина Ау теоретическому определению не поддается и находится опытным путем в каждом конкретном случае применительно к данному материалу, данной машине и данной степени измельчения. Она одновременно и отражает отклонение от всех ранее сделанных предположений. Величина А всегда больше теоретической т.к. энергия дополнительно тратится на деформацию тела. Теория также не учитывает различную форму кусков материала и применима лишь в случаях измельчения резаньем и истиранием и для мелкого дробления. При измельчении материала методами раздавливания, удара и для хрупкого и среднего дробления практически оправдывается гипотеза Кирпичева-Кика (1874), базирующаяся на теории упругости, согласно которой расход энергии пропорционален разрушающему напряжению, и энергия расходуется на деформацию материала до его разрушения.
σр – разность напряжения l – начальный размер Работа A = PΔl если P= тогда A= Разнообразие физико-химических свойств твердых материалов привело к созданию ряда измельчающих машин, отличающихся принципом действия. Принципы измельчения твердых материалов следующие: A = 6A’dн 2 (i–1) + В зависимости от свойств материала применяют тот или иной метод, или сразу несколько методов.
Для крупного и среднего дробления применяются:
Для мелкого измельчения и тонкого помола применяются:
Источник |