Основные способы обогащения сырья

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

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

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: 3280 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Обогащение полезных ископаемых

Извлекаемые из земных недр природные ресурсы обычно малопригодны для непосредственного использования, так как содержат много пустой породы. Кроме того, требуется разделение минералов друг от друга и формирование потребляемой продукции по стандартным размерам. Все эти процессы осуществляются с помощью обогащения, выполняемого на горно-обогатительных предприятиях: комбинатах и фабриках.

Обогащение – важнейший промежуточный процесс между добычей природных ресурсов и потреблением извлечённых минералов. Теоретической основой его выступаем минералургия – наука, изучающая свойства и взаимодействия полезных ископаемых с целью получения кондиционного конечного продукта, предназначенного для последующего промышленного использования.

Процесс обогащения позволяет довести концентрацию ценного компонента до 60-90%, удалить влагу, вредные примеси, снизить образование золы ископаемых углей. В основе этого процесса лежат физико-химические свойства компонентов, пребывающих в составе минеральных ресурсов:

• металлических руд,
• нерудного сырья,
• горючих полезных ископаемых (нефти, газа, угля, торфа, сланцев), находящих применение в качестве топлива или сырья для химической промышленности.

Результатом обогащения выступают:

• концентраты, содержащие в себе основную часть полезного компонента;
• промежуточные продукты, представляющие собой смесь ценного минерала и пустой породы, что требует их дальнейшей переработки;
• отходы, не представляющие интереса в плане требуемого компонента (но подчас находящие иное практическое применение).

В роли компонента здесь выступает минерал, для получения которого извлекаются из недр природные ресурсы. Иногда параллельно с ним в составе породы присутствуют и вредные примеси, ухудшающие потребительские качества полезного минерала. Вполне понятно, что от вредных примесей необходимо избавляться во время обогащения.

Классификация процессов и методов обогащения

Для достижения заданного результата – получения концентрата с требуемыми характеристиками, – добытая руда должна пройти ряд этапов переработки, подразделяющихся:

• на подготовительные,
• основные процессы, то есть непосредственно обогатительные;
• заключительные и вспомогательные технологии, сопровождающие процесс переработки полезных ископаемых. Результатом проведения всех перечисленных операций является готовый минеральный продукт товарного вида, содержащий высокую концентрацию ценных пород и очищенный от посторонних примесей.

Подготовительные этапы

Включают в себя: дробление, измельчение, грохочение, классификацию, усреднение. Цель этих операций заключается в открытии зёрен добытых природных запасов и распределении материала по уровням крупности. Местом осуществления данных процессов служат шахты, карьеры, рудники и, конечно же, обогатительные предприятия.

Измельчение и дробление

Фактически это способы разрушения добытой первородной массы до уровня вскрытия минералов или придания им стандартного гранулометрического состава. Дробление выполняется в дробилках, получаемые частицы должны быть размерами, превышающими 5 мм. Измельчение – менее 5 мм – осуществляется на шаровых или стержневых мельницах.

В том и другом случае находят применение следующие способы разрушения кусков породы: удар, раскалывание, раздавливание, излом, срезание, истирание. Очень важно при этом не допускать переизмельчения материала, что в значительной степени усложняет, ухудшает и удорожает процесс переработки!

Результатом процессов дробления и измельчения является раскрытие зёрен искомых минералов, обеспечивающее доступ к ним взаимодействующих реагентов.

Грохочение

Грохочение – это разделение минерала по классам крупности, производимое на решетах и ситах с ячейками разных размеров (от одного – до нескольких сотен миллиметров). Находящимися в конструкциях специальных механизмов, носящих название «грохотов».

Классификация

Процесс распределения частиц по крупности, величиной не более 1 мм, выполняемой в водной или воздушной среде. Благодаря разности времени оседания, они подразделятся на крупную фракцию – пески, мелкую – слив (при гидравлическом характере процесса) или тонкий продукт (при пневматическом…).

Усреднение

Одна из важнейших функций организационно-технологических процессов, обеспечивающая стабилизацию габаритов, химического состава, технологических свойств добываемых минералов. Что стоит в перечне определяющих факторов для их последующего использования в промышленных целях. Механическое усреднение, обеспечивающее однородность массы полезного ископаемого, выполняется при помощи дозирования и смешивания. Обычно эти взаимно дополняемые операции производятся во время добычи, подготовки и переработки минерального сырья.

Основные процессы

Непосредственно обогатительные процессы преследуют целью получить ценный минерал или несколько минералов в наиболее концентрированном виде. В ходе их осуществления получаются концентраты, промышленные продукты, отходы.

Теоретической основой осуществления обогащения служит разница физико-химических (и целого ряда других) свойств извлекаемого из общей массы материала от остальных компонентов, выступающих в роли пустой породы. Хотя, справедливости ради надо сказать, что и они подчас представляют значительную ценность. Особенно, если это драгоценные или редкоземельные металлы.

В промышленном масштабе наибольшее распространение получили следующие методы получения концентратов:

• сухое и мокрое обогащение, в воздушной, аэрозольной, водной или тяжёлой среде;
• воздействие центробежных сил, сил гравитации;
• использование магнитного или электрического поля;
• флотация – удержание на поверхности жидкой среды мелких частиц полезного ископаемого, с помощью прилипших к ним воздушных пузырьков.

Понятно, что достичь идеального – 100% результата удаётся достичь далеко не всегда. Нередко происходят потери извлекаемого материала, а в самом концентрате, хотя и в незначительных количествах, но всё-таки присутствуют посторонние примеси.

Заключительные этапы обогащения и вспомогательные технологии

Основным этапом общий процесс обогащения не заканчивается. Необходимо ещё провести сушку и обеспыливание готовой продукции, довести её до стандартного вида товарной готовности. Для обезвоживания, сгущения, фильтрования, сушки и ликвидации пыли применяются:

• дренирование на грохотах и элеваторах,
• центрифугирование, выполняемое на одноимённых установках,
• фильтрование,
• термическая сушка,
• обеспыливание с помощью гидроциклонов и воздушных классификаторов.

Но это ещё далеко не всё. Кроме основных технологических процессов, необходимо организовать и целый ряд вспомогательных, включающих в себя все виды энергоснабжения, внешнюю и внутреннюю логистику, контроль техпроцессов и качества выпускаемой продукции.

Показатели и технологические результаты обогащения

Что в итоге даёт процесс обогащения. С его помощью горнодобытчики и производственники достигают:

• возможности эксплуатации бедных месторождений природных ресурсов;
• повышения производительности труда, за счёт сплошного извлечения породы, подвергающегося простым методам механизации;
• получения высококачественного сырья для энергетики, металлургии, химической индустрии;
• оптимальной организации грузопотоков от мест добычи – до перерабатывающих предприятий, а от них – к потребителям;
• извлечения попутных минералов, подчас представляющих экономическую ценность и имеющих собственные сферы употребления;
• ликвидации вредностей, способных в дальнейшем снизить эффективность технологических процессов, нанести вред окружающей среде и здоровью работающего персонала.

Биотехнологии

Несмотря на всё разнообразие методик обогащения и значительный ассортимент соответствующего оборудования, трудности у переработчиков всё возрастают. Сказывается исчерпание длительно работающих месторождений, очень малое содержание в рудах полезных минералов, ассоциация высокого уровня в составе добытой породы. Следствием этого становится значительное усложнение и удорожание процесса добычи, вынужденного перемещаться в отдалённые труднодоступные места и самого технологического цикла переработки.

На помощь приходят весьма перспективные биотехнологии, основанные на высокопродуктивном использовании микроорганизмов, уже способные выполнять:

• бактериальное выщелачивание,
• биофлотацию,
• усвоение металлов, входящих в состав растворов – биосорбцию.

Становится всё более очевидным, что будущее обогатительной индустрии лежит где-то на стыке машинных и биологических технологий, позволяющем взаимно дополнять и компенсировать друг друга.

Источник