I. 4. 5. Специальные методы обогащения

 

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.

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

Радиометрическое обогащение широко применяют при переработке руд цветных металлов (радиоактивных, редких, тяжелых и др.), алмазов, флюоритовых руд. Например, основным способом обогащения алмазов является рентгено-люминесцент­ный метод, основанный на том, что под действием рентгеновских лучей кристаллы алмазов начинают холодно светиться (люминесцировать). Этот сигнал улавливается специальными приборами и кристаллы алмазов направляются в сборник концентрата.

Скорость движения частиц по наклонной плоскости различна: круглые движуются быстрее, чем плоские; частицы материалов, имеющих разные коэффициенты трения, будут перемещаться с разной скоростью. Эти свойства используют при обогащении алмазной мелочи, асбестовых руд, слюды, разделении абразивов и других материалов.

I.4.6. КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ

 

В комбинированных методах наряду с традиционными способами обогащения используются пиро- или гидрометаллургические операции, приводящие к изменению химического состава сырья. Используемые пирометаллургические операции - обжиг, плавка, конвертирование; гидрометаллургические - выщелачивание, осаждение, экстракция, сорбция.

Например, обжиг применяют для изменения магнитных свойств слабомагнитных минералов железа (карбонатов, оксидов, гидроксидов). При нагревании до 600-800 °С гематит (красный железняк Fе₂О₃) восстанавливается газообразными или твердыми восстановителями (окись углерода, водород, природный газ, уголь и др.) до сильномагнитного магнетита Fe₃O₄. Процесс этот иногда называют восстановительным обжигом. Обожженную руду обогащают на магнитных сепараторах со слабым магнитным полем аналогично обогащению природных магнетитовых руд.

 

I.5. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ

ОБОГАЩЕНИЯ

 

Задача вспомогательных процессов - обеспечить оптимальное протекание основных процессов. К ним относят обезвоживание, пылеулавливание, очистку сточных вод, опробование, контроль и автоматизацию.

 

 

I.5.1. ОБЕЗВОЖИВАНИЕ

 

В большинстве случаев получаемые продукты обогащения содержат значительное количество воды и не пригодны для транспортирования и металлургической обработки. Для удаления воды (влаги) из продуктов обогащения применяют ряд операций, называемых в общем случае обезвоживанием. В более широком смысле под обезвоживанием понимают процесс отделения жидкой фазы от твердой.

Влажность материалаопределяется отношением массы воды в продукте к общей массе влажного материала и обычно выражается в процентах:

W = (Q ₁ - Q ₂)100/ Q ₁,

где Q ₁ - масса влажного материала; Q ₂ - масса сухого материала.

Для характеристики продуктов обогащения часто используют разжижение R, определяющее отношение массы жидкости в продукте к массе твердого. Влажность продукта в процентах определяется через разжижение выражением

W = R × 100/(R + 1).

Получаемые на фабриках при обогащении руд продукты, как правило, представлены жидкими пульпами. Присутствующую в продуктах влагу подразделяют на внутреннюю и внешнюю.

Внутренней влагой называют влагу, содержащуюся в кристаллической решетке минерала. Ее именуют кристаллизационной, если она присутствует в виде молекул Н₂О (например CuSO₄ · 5H₂O), или конституционной, если присутствует в виде ионов ОН^-, Н⁺, Н₃О⁺ (например, Cu(OH)₂). Удалить ее можно при обжиге или прокаливании материала.

Внешнюю влагу делят на гравитационную, капиллярную, пленочную и гигроскопическую:

· свободная (гравитационная) удаляется под действием сил тяжести; продукты обогащения представляют собой суспензии;

· капиллярная удерживается силами капиллярного давления и удаляется с помощью внешних сил; продукты называются влажными (мокрыми);

· пленочная удерживается на поверхности частиц силами молекулярного притяжения между молекулами воды и частиц; продукты называют воздушно-сухими;

· гигроскопическая содержится в сухих продуктах и удерживается на поверхности частиц адсорбционными силами в виде мономолекулярных пленок.

В зависимости от крупности материала и его влажности используют различные методы обезвоживания: для сравнительно крупных частиц - дренирование, иногда центрифугирование; для мелких частиц - сгущение и фильтрование. Часто последовательно применяют несколько способов обезвоживания. Последней операцией обезвоживания является сушка.

 

 

I.5.2. ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЕ

 

Пылеулавливание нужно для предотвращения загрязнения окружающей среды и соблюдения санитарно-гигиенических нормативов в производственных помещениях. Пыль образуется в процессе сушки, при дроблении, сухом измельчении, сухой магнитной сепарации, при перегрузке продуктов и т.д. Как правило, места пылеобразования изолируют и применяют отсос запыленного воздуха с последующей его очисткой. Для этой цели разработаны и применяют различные типы пылеулавливающих аппаратов. Тип используемых аппаратов обусловлен количеством очищаемого газа, необходимым качеством очистки, концентрацией пыли в газе, перспективой утилизации пыли и другими факторами. Пылеулавливающие аппараты чаще всего устанавливают последовательно по два и более. В первом аппарате (1-я стадия) отделяется основная масса пыли, более крупной по составу, во втором (2-я стадия) – менее крупной и в последнем производится очистка от тончайших частиц.

Различают сухой, мокрый и электрический методы очистки газов. Сухой метод применяется чаще всего в 1-й стадии, мокрый и электрический - в последних.

 

 

I.5.3. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

 

Характеристика сточных вод обогатительных фабрик зависит от состава сырья и способов его обогащения, а также от свойств применяемых реагентов. В идеале движение воды на фабрике должно быть замкнутым, т.е. все осветленные воды после тщательной очистки должны полностью возвращаться в процесс обогащения.

Для очистки воды применяют механический, химический, физико-химический и биологический способы.

Механический метод сводится к удалению из сточных вод грубодисперсных примесей путем осаждения их под действием силы тяжести и центробежных сил.

Химический (реагентный) способ заключается во введении в воду реагентов для образования нерастворимых соединений, выпадающих в осадок, и нейтрализации вредного действия примесей.

К физико-химическим методам очистки сточных вод относят сорбцию, экстракцию, коагуляцию, флотацию, электролиз, ионный обмен, кристаллизацию, дезактивацию, обессоливание.

В биохимических (биологических) способах под действием микроорганизмов и других факторов происходит минерализация органических загрязнений.

 

 

Ii. ПЕРЕРАБОТКА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

 

Как уже говорилось, переработка руды осуществляется в несколько стадий. В первом приближении это добыча, обогащение и переработка продуктов обогащения (редко руды) с получением конечных материалов. Если конечным продуктом переработки являются металлы (или их соединения), то такую переработку принято относить к металлургической (металлургия); если неметаллы, - то к химической.

Подавляющее большинство переделов, относящихся к стадии «Переработка», основано на химических или физико-химических превращениях компонентов сырья, обеспечивающих получение конечного продукта.

Для успешного протекания процессов переработки необходимы различные вспомогательные материалы.

 

Ii.1. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ДЛЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ

 

К ним относят: 1) топливо (электроэнергию); 2) огнеупоры; 3) флюсы; 4) химические реактивы.

Расходование больших количеств топлива обусловлено широким применением при производстве процессов, проводимых при высоких значениях температуры. При этом используют все виды топлива – твердое, жидкое и газообразное. Основные разновидности топлива имеют органическое происхождение и состоят из различных соединений углерода, водорода и часто серы, образующих горючую массу. Кроме того, в топливе могут присутствовать компоненты негорючей массы – азот и вода, а в твердом топливе – и зола, состоящая из Аl₂О₃, SiO₂, CaO и др. При сжигании выделяется теплота, количество которой тесно связано с химическим составом топлива и условиями его сжигания. Теплота сгорания топлива, или его теплотворная способность, выражается в килоджоулях на килограмм (кубический метр или моль). Для сравнительной оценки различных видов топлива введено понятие условного топлива с теплотой сгорания 29300 кДж/кг. Так, жидкое топливо с теплотой сгорания 45000 кДж/кг эквивалентно 45000: 29300 = 1,53 кг условного топлива.

О качестве некоторых видов топлива можно судить по следующим данным, кДж/кг:

 

Дрова Торф Каменный уголь Нефть Природный газ

21000-29000 41900-4600 35600-37700 кДж/м^3

 

Теплота сгорания топлива может быть рассчитана, если известны его состав и тепловые эффекты реакций окисления составляющих.

Для предохранения аппаратов от разрушения при проведении высокотемпературных процессов используются огнеупоры. Огнеупоры - это изделия из минерального сырья, которые устойчивы при высоких значениях температуры. Огнеупоры разделяются по: 1) степени огнеупорности; 2) составу; 3) форме и размерам.

Огнеупорность материала зависит от многих факторов, главнейшими из которых являются состав кристаллической фазы, чистота материала, а также структура минералов, входящих в состав огнеупора. По степени огнеупорности огнеупоры делят на огнеупорные (1580-1770 °С), высокоогнеупорные (1770-2000 °С), высшей огнеупорности (>2000 °С).

Сырьем для производства огнеупоров служат оксиды, силикаты, карбиды, нитриды и силициды металлов, а также кокс и графит. Они не плавятся и не разлагаются до температур, °С (около):

 

А12О3	SiO2	СаО	MgO	Сг2О3
ZrO2	SiC	ZrC	HfC	TiB2

 

Наиболее ходовые огнеупорные материалы (см. таблицу) состоят из дешевых и доступных оксидов, которые при высоких значениях температур могут быть кислотными (SiO₂), основными (СаО, MgO) либо амфотерными (А1₂О₃, Сг₂О₃), последние в зависимости от среды проявляют свойства кислот или оснований.

По форме и размерам огнеупоры выпускают в виде порошка, кирпича и крупных блоков.

Флюсами называют минеральные добавки, используемые в пирометаллургических процессах для корректирования состава получающихся шлаков. В качестве флюсующих добавок используют, как правило, кварц и известняк.

 

Состав огнеупоров

 

Огнеупор	Содержание, %	Огнеупорность, °С
Динас Шамот Магнезит Хромомагнезит	SiO2 > 90,0 Al2O3 + TiO2 >30, SiO2 ~ 70 MgO > 80 Cr2O3 8-18, MgO 55-75	1710-1780 1670-1750

 

Флюсы в пирометаллургических процессах следует расходовать разумно. Добавки их в чрезмерных количествах ведут к увеличению выхода шлаков, что может привести к увеличению абсолютных потерь извлекаемых металлов. Кроме того, добавка флюсов во всех случаях приводит к снижению удельного проплава печей по рудному материалу и увеличению энергетических затрат.

В качестве реагентов в процессах переработки используют минеральные соли, кислоты и основания, а также различные органические соединения.