Меню

История развития обогащения полезных ископаемых

ОБОГАЩЕ́НИЕ ПОЛЕ́ЗНЫХ ИСКОПА́ЕМЫХ

  • В книжной версии

    Том 23. Москва, 2013, стр. 498-499

    Скопировать библиографическую ссылку:

    ОБОГАЩЕ́НИЕ ПОЛЕ́ЗНЫХ ИСКОПА́Е­МЫХ, со­во­куп­ность про­цес­сов из­вле­че­ния цен­ных ком­по­нен­тов из твёр­до­го ми­не­раль­но­го при­род­но­го и тех­но­ген­но­го сы­рья с це­лью по­лу­че­ния про­дук­тов для даль­ней­шей тех­ни­че­ски воз­мож­ной и эко­но­ми­че­ски це­ле­со­об­раз­ной пе­ре­ра­бот­ки ли­бо ис­поль­зо­ва­ния. Спо­со­бы обо­га­ще­ния ос­но­ва­ны на раз­де­ле­нии ми­не­ра­лов по их свой­ст­вам: плот­но­сти – гра­ви­та­ци­он­ное обо­га­ще­ние ; сма­чи­вае­мо­сти по­верх­но­стей – фло­та­ция ; маг­нит­ной вос­при­им­чи­во­сти – маг­нит­ная се­па­ра­ция ; элек­трич. свой­ст­вам (элек­трич. про­во­ди­мо­сти, ди­элек­трич. про­ни­цае­мо­сти, спо­соб­но­сти за­ря­жать­ся при тре­нии) – элек­три­че­ская се­па­ра­ция ; раз­ли­чию в ес­теств. и на­ве­дён­ной ра­дио­ак­тив­но­сти – ра­дио­мет­ри­че­ское обо­га­ще­ние и др. Для по­вы­ше­ния кон­тра­ст­но­сти (от­ли­чий) тех­но­ло­гич. свойств ми­не­ра­лов при­ме­ня­ют разл. спо­со­бы (УЗ, элек­тро­хи­мич., ра­ди­ац., тер­мич. и др.) воз­дей­ст­вия на ру­ды и про­дук­ты обо­га­ще­ния. О. п. и. осу­ще­ст­в­ля­ют на обо­га­тит. фаб­ри­ках.

    Источник

    История развития флотационных методов обогащения

    ФЛОТАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ

    Рекомендовано Инновационно-методическим управлением СФУ

    в качестве учебного пособия

    УДК 622.765.

    Брагина В.И

    Б87 Флотационные методы обогащения: конспект лекций для студентов специальности 130405.65 «Обогащение полезных ископаемых» / В.И. Брагина, В.И.Брагин – Красноярск: ИПК СФУ,2010. –123 с.

    В конспекте лекций рассмотрены теоретические основы процесса флотации, флотационные реагенты и механизм их действия.

    Описаны конструкции флотационных машин.

    Рассмотрены технологии и практика флотации с учетом комплексного

    использования руд и углей.

    Показаны перспективы и направления дальнейшего развития флотационного обогащения полезных ископаемых.

    Утверждено редакционно-издательским советом университета

    в качестве учебного пособия

    ISBN Сибирский федеральный

    Содержание

    ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ.. 115

    РЕКОМЕНДУЕМЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.. 121

    Введение

    Лекция 1

    1. Роль флотации в обогащении полезных ископаемых [1 с.3, 2 с.5]

    2. История развития флотационных методов обогащения [3 с.9-13]

    3. Вклад отечественных ученых и инженеров в развитие теории и практики флотации [1 с.17, 2 с.3, 3 с.14-15]

    4. Классификация процессов флотации [1 с.5-14, 2 с.9-11]

    Роль флотации в обогащении

    Флотация− основной процесс обогащения полезных ископаемых. Она применяется при обогащении 95% добываемых руд цветных металлов, а не металлических (фосфориты, графит, тальк, мелкие классы угля) − почти 100%.

    Такое широкое применение этого процесса объясняется тем, что флотация позволяет извлекать ценные компоненты наиболее полно и комплексно при необходимом качестве концентратов, а также обогащать тонко вкрапленные, бедные и те руды, которые не могут быть переработаны другими процессами.

    В настоящее время только в России работают сотни обогатительных фабрик, на которых флотируют руды цветных, редких, черных металлов, каменные угли, фосфатные руды, серу, полевой шпат, борные руды, калийные соли и другие полезные ископаемые.

    Для многих руд, особенно руд цветных и редких металлов, нет другого технологического процесса обогащения, который был бы в состоянии конкурировать с флотацией.

    Флотация способствует решению ряда важных народно-хозяйственных проблем, к числу которых относятся:

    1. Проблема расширения минеральных ресурсов. До открытия флотационного процесса в эксплуатацию вовлекались месторождения только богатых мономинеральных и полиминеральных крупновкрапленных руд, поддающихся обогащению другими нефлотационными методами. Флотация позволила вовлечь в эксплуатацию месторождения бедных, тонковкрапленных комплексных руд, что значительно расширило промышленные ресурсы минерального сырья.

    2. Проблема комплексного использования руд. До применения флотации, например, из полиметаллических руд удавалось получать только коллективные концентраты, поскольку полезные минералы, обладающие близкими физическими свойствами, нельзя было разделить гравитационными, магнитными и другими нефлотационными процессами обогащения полезных ископаемых. Получаемые коллективные концентраты обычно были непригодны для эффективного металлургического передела, поэтому при их переработке некоторые металлы и элементы терялись и полного использования всех ценных компонентов руды не достигалось.

    При обогащении ряда руд и особенно руд редких металлов, в которых полезные минералы или часть их по удельному весу и магнитным свойствам часто близки к минералам пустой породы, флотация является практически единственным приемлемым способом разделения минералов и извлечения каждого из них в соответствующий концентрат и тем самым повышения комплексности использования минерального сырья.

    3. Проблема обогащения шламов. При обогащении тонковкрапленных ископаемых гравитационными процессами часть полезных минералов и пустой породы переизмельчается и переходит в шламы. До появления флотации эти шламы не могли перерабатываться и поэтому они направлялись в хвосты, или использовались в необогащенном виде. Применение флотации для переработки шламов гравитационного обогащения позволило улучшить комплексное использование оловянных руд, ценных и дефицитных коксующихся углей и другого сырья.

    Применение флотационного процесса непрерывно расширяется. По количеству и разнообразию перерабатываемого сырья флотация занимает первое место среди других технологических процессов обогащения. Кроме того, флотацию широко применяют в металлургии (например, для флотационного разделения файнштейна, отделения криолита от частиц угля и алюминия), химическом производстве (например, для разделения хлористого аммония и бикарбоната натрия), биологии (например, для разделения различных видов бактерий) сельском хозяйстве (например, для разделения друг от друга различных семян), геологии, медицине и других отраслях народного хозяйства. Несомненно, что вследствие универсальности флотационного процесса его значение будет все время возрастать.

    Читайте также:  Чем полезен воздух кратко

    С момента открытия процесса флотации и первого применения его в промышленности, он претерпел значительные изменения, причем со временем изменялась сама сущность метода.

    Очень кратко рассмотрим основные этапы развития флотационного процесса.

    История развития флотационных методов обогащения

    Еще в глубокой древности было известно свойство масла покрывать металлические частицы, о чем упоминается в сочинениях Геродота. По этим описаниям девушки одного острова смазывали жиром перья птиц, опускали их в ил озера и извлекали частицы золота. Это изобретение древних девушек нашло применение через 2000 лет, когда в 1860 году англичанин Вильям Хайнс предложил способ разделения сульфидных минералов и минералов пустойпороды при обработке их маслом, сульфиды, обволакиваясь маслом, отделялись от пустой породы, которая падала на дно.

    Этот процесс еще не был истинной флотацией, но все-таки был предшественником флотационного процесса, получившим в дальнейшем названия «масляной флотации». Процесс скоро был отвергнут из-за высокого расхода масла, составляющего 10 − 20% от веса руды.

    Позднее в 1885 году этот процесс был несколько усовершенствован американкой Карри Эверсон добавкой кислоты. Это позволило впервые осуществить этот процесс на практике для обогащения золотосодерщих руд.

    В 1892 году был предложен процесс пленочной флотации, при котором тонко измельченная руда осторожно вносилась на поверхность воды. Частицы, смачиваемые водой, осаждались, а не смачиваемые оставались на поверхности воды и снимались в виде концентрата. Производительность этого процесса была очень низкой, и он был забыт с появлением пенной флотации.

    В 1877 году впервые братьями Бессель из Дрездена была предложена пенная флотация, которые использовали газ для всплывания частиц графита. Флотация осуществлялась пузырьками водяного пара, получаемого при кипячении воды.

    Первое существенное достижение в области применения флотации относится к началу 20 века (1901 год) когда В. Поттер применил в промышленном масштабе в Австралии на руднике Броккен-Хилл этот метод, но пузырьки газа получались в результате реакции, происходящей при воздействии H2SO4 на карбонаты. Процесс экзотермический, температура пульпы повышалась до 80 – 90 0 , и выделялись пузырьки CO2, к которым прилипали частицы минералов. На этом руднике были переработаны старые отвалы и получены концентраты с содержанием Zn = 45 − 50%. Расход серной кислоты составлял 2,5 % от веса руды.

    А. Фромент в Италии в 1902 году взял патент на флотацию сульфидных руд (применялось 1 − 1,5% масла), а газ получали при действии кислоты на известняк, который для этого загружали в пульпу.

    В последствии здесь же был применен процесс вакуумной флотации. Под действием вакуума выделяется воздух, растворенный в пульпе.

    В 1906 году Н.Л. Салман, Н.Ф. Пикар, И. Балло предложили непосредственное введение газа в пульпу с помощью вращающегося импеллера. Так возник современный процесс пенной флотации.

    После усовершенствования способа подачи воздуха в пульпу при флотации и широкого внедрения этого процесса в практику наиболее важными этапами в развитии флотации является возникновение селективного разделения сульфидных минералов (c 1912 года) и неметаллических полезных ископаемых (с 1935 года).

    Источник

    Обогащение полезных ископаемых в горнодобывающей промышленности

    Горнодобывающая промышленность никогда не обходится без такого метода обработки полезных ископаемых, как обогащение. Это процесс, при котором концентрация ценного сырья в добытой породе увеличивается, что повышает эффективность его использования. Например, железная руда представляет собой комплекс минералов, содержание железа в которых может колебаться от 10 до 60%.

    Чтобы очистить сырье от примесей и прибегают к процессу обогащения, после которого эти цифры увеличиваются до 70-90%. Это первичная обработка твердых полезных ископаемых. Прежде чем приступить к нему, руду необходимо подготовить. В зависимости от вида сырья, его дробят, обжигают и промывают. Дальнейшее производство зависит от физико-химических свойств.

    Основы обогащения полезных ископаемых

    Исходя из минерального состава сырья, которое требует обогащения, существует большое количество способов его очищения. Принцип действия заключается в разделении ценной породы и пустой, благодаря чему концентрация полезного вещества в переработанном материале значительно повышается.

    Есть несколько видов обогащения:

    • электрическое,
    • гравитационное,
    • магнитное,
    • радиологическое
    • химическое.

    Его выбор зависит от плотности материала, его магнитной или электрической восприимчивости, адсорбционной способности, химического состава, агрегатного состояния и кристалло-химической структуры. Также влияет и уровень взаимодействия пустой и ценной породы, насколько сильна их связь. Часто возникают случаи комбинирования этих методов, для повышения эффективности работы. Обогащение может проводиться в несколько этапов, когда в пустой породе остаются маленькие частички полезного ископаемого.

    Первое промышленное применение обогащения сырья датируется 1700 годом, когда для добычи золота, оно размачивалось и фильтровалось. Но различные методы существовали в примитивном виде еще до нашей эры.

    Гравитационное разделение

    Основа обогащения полезных ископаемых этого типа лежит в распределении материалов по плотности, относительно среды, в которую помещается взвесь. Самым распространенным в горнодобывающей промышленности является применение гидравлического прибора. Пласт полезных ископаемых постепенно поддается воздействию турбулентного потока жидкости. В результате этого, минералы разрыхляются и разделяются в зависимости от плотности.

    Читайте также:  Срок полезного использования автомобиля для транспортного налога

    Легкая фракция быстро поднимается на поверхность, а в дальнейшем собирается. Этот процесс не позволяет достигнуть высокой точности сепарации, поэтому сейчас частота его применения снизилась. Преимущество гравитационного обогащения в его себестоимости – она достаточно низкая. Но, из-за использования воды, он может стать причиной неблагоприятной экологической ситуации.

    Гравитационное обогащение применяется почти для каждого вида переработки полезных ископаемых. Предварительно необходимо провести несколько подготовительных этапов. Например, дробление сырья в грохотах, благодаря чему можно отделить небольшое количество пустой породы. Применяется и вымачивание, опрыскивание, обжигание. Это значительно увеличивает его эффективность.

    Тяжелые среды

    Самым простым является обогащение в тяжелых средах, где нет потока жидкости, а разделение происходит под воздействием гравитации. Легкие частицы отделяются от тяжелых на несколько фракций. В качестве жидкостей может выступать раствор хлоридов кальция или цинка, органические смеси.

    Концентрационные столы

    Эталоном гравитационного разделения полезных ископаемых является обогащение на концентрационных столах. Первое упоминание об этом методе можно найти еще в трудах Геродота, который описывал древне-грецкие способы добычи золота. Установка представляет собой стол с выточенными горизонтальными желобами (рифлями), наклоненный под углом 1-10 градусов. Сверху подается напор суспензии, жидкости с дробленым полезным ископаемым. Под воздействием силы тяжести, частички оседают в желобах, а пустая порода остается в потоке. Недостаток этого способа в том, что для эффективного разделения сырья, руду необходимо раздробить до 0,1-13 мм. В противном случае большое количество пустой породы попадет в отсадку.

    Сепарация на шлюзах

    Для обогащения рассыпных руд (золота, вольфрама, олова и других редких металлов), используют сепарацию на шлюзах. Для разделения используется специальный материал с шероховатым покрытием – трафарет, в котором и задерживается ценное сырье. Жидкость может подаваться на ступенчатую и желобную ровную конструкцию, в зависимости от вида полезного ископаемого.

    Интересно, что этот вид обогащения появился очень давно, и стал причиной появления легенды о золотом руно. В древности шкуры молодых овец смазывали жиром, и укладывали на дно желобов, куда подавалась суспензия золотоносного песка. Ценный металл задерживался в ворсинках, а жир не позволял ему двигаться вместе с потоком.

    Винтовые сепараторы

    Жидкость, в которую помещена взвесь полезного ископаемого, движется по вертикальной оси, по винтовому желобу. Здесь на породу воздействует две силы – гравитационная и центробежная. В результате этого процесса, тяжелые частицы перемещаются вдоль внутреннего борта желоба, а легкие по его внешней части. По завершению движения жидкости, они попадают в разные отсеки, и отправляются на дальнейшую переработку или утилизируются.

    Центробежный концентратор

    Этот способ является наиболее современным и эффективным на сегодня среди гравитационных. Его особенность в том, что он позволяет отделить минимальные частички полезного ископаемого от пустой породы. Благодаря воздействию центробежной силы, удается увеличить массу частиц, в результате чего и происходит сепарация. Для осуществления этого метода используется специальная установка – гидроциклон. В нем происходит вихревое вращение жидкости, благодаря чему образуется центробежная сила, заставляющая породу разделяться на фракции.

    Воздушная сепарация (подвид гравитационной)

    Это один из самых старых способов обогащения полезных ископаемых, но его не часто применяют в промышленных целях. Использование воздушной сепарации было разработано для районов, которые не обеспечены достаточным количеством водных ресурсов, из-за чего их использование не рентабельно. Одно из значительных преимуществ этого способа – минимальный вред окружающей среды.

    Принцип действия воздушной сепарации в том, что струя воздуха, подающаяся под давлением, разрушает породу, высвобождая необходимое сырье. Это подходит для железных руд, где плотность пустого сырья значительно ниже, чем металла. Впервые его применили в Мексике, для обработки золотоносной руды, где воздушная сепарация показала хороший результат. Существенным недостатком этого метода является климатическая зависимость – влажность окружающей среды не должна превышать 5-6%.

    Магнитное обогащение

    Метод магнитного обогащения используется только для руд, которые имеют в составе магнитное сырье (железных, марганцевых, медно-никелевых руд и руд редких металлов). Его проводят в мокрой и сухой среде, в зависимости от плотности и гидрофильности пустой породы. Иногда в качестве первичной обработки сырья используется обжиг – он повышает его магнитные свойства.

    Преимущество этого метода в низкой себестоимости. Устройства для сепарации долговечны, не требуют постоянного обслуживания и автоматизированы. К тому же он не оказывает негативного влияния на экологию местности. Учитывая постоянное развитие технологий, эффективность магнитной сепарации значительно увеличивается.

    Читайте также:  Для чего полезен таблетка аллохол

    Руды, подлежащие магнитному обогащению:

    1. Сильномагнитные:
    1.1. магнетит,
    1.2. франклит,
    1.3. пиротин,
    1.4. мартит

    2. Магнитные:
    2.1. ильменит,
    2.2. гематит,
    2.3. хромит

    3. Слабомагнитные:
    3.1. глауконит,
    3.2. доломит,
    3.3. пирит.

    4. Не магнитные:
    4.1. нерудные ископаемые.

    Обогащение проводится в магнитном сепараторе, где разделяется смесь минералов и металлических включений. Он может быть роторным, барабанным и валковым, но принцип разделения остается одинаковым. При движении магнитной головки, восприимчивый материал движется по направлению к полю, а пустая порода не меняет своей траектории. Существуют приспособления, которые скомбинированы с грохотами, для вибрационного дробления материала.

    Магнитная сепарация впервые была изобретена еще в 1792 году, но ее промышленное использование началось только в 19 веке.

    Электрическое обогащение

    Одним из самых новых и эффективных методов является электрическая сепарация сырья. Но он подходит только для полезных ископаемых, которые восприимчивые к воздействию тока.

    Способы электрической сепарации материала:

    1. Электрическая.
    2. Электростатическая.
    3. Диэлектрическая.
    4. Трибоэлектрическая.
    5. Трибоадгезионная.

    Основа этого метода – существенные различия в их электрической природе. Прежде, чем приступить к процессу обогащения, необходимо зарядить восприимчивый материал. Благодаря этому, его можно будет отделить от пустой породы. Изменения электрического поля можно достигнуть несколькими путями – индукция, касание, воздействие газовыми ионами.

    Принцип разделения основывается на том, что поведение проводника и диэлектрика разное. При контакте одноименных зарядов, они отталкиваются, а непроводник остается неподвижным. Если заряды разные, то они притягиваются. Из-за этого, порода с большим количеством полезного сырья отделяется от пустой. Электрическая сепарация – один из самых эффективных процессов обогащения полезных ископаемых, без применения химических реагентов.

    Флотационное обогащение

    Чаще всего этот способ применяется в обогащении медной руды. В основе принципа действия этого метода лежит разделение жидкости на фракции, при котором гидрофобные частицы удерживаются на поверхности легкого слоя, и поднимаются на поверхность с пеной или реагентом.

    Существует 2 типа флотационных методов обогащения:

    1. Жидкость-жидкость (масляная, пленочная).
    2. Жидкость-газ (пенная).

    В промышленных масштабах чаще используется пенная флотация. Жидкость состоит из реагентов, которые увеличивают адгезивные свойства полезного ископаемого. При вспенивании суспензии, частицы металла, например, меди, прикрепляются к пузырькам воздуха, и всплывают на поверхность. Пустая порода оседает на дно, а пена собирается и отправляется в дальнейшее производство.

    Пленочная и масляная сепарация появилась намного раньше. В качестве реагента, к которому прикреплялось полезное ископаемое, использовались перья смазанные жиром или смола. При всплывании на поверхность, они задерживали в себе частички гидрофобных материалов. Но, в сравнении с ним, пенная сепарация несколько эффективнее и дешевле.

    Радиометрическая сепарация

    Этот метод является одним из самых дорогих, используется для руд с низким содержанием полезного сырья. Например, он высокоэффективен в поиске драгоценных камней, концентрация которых в породе может достигать 0,1%. Основа обогащения полезных ископаемых этим методом – способность минералов к излучению или восприимчивость к облучению Он чувствителен для частичек 2-300 мм. Принцип действия построен на восприимчивости ископаемого к излучению. Во время облечения, камни начинают источать свечение. Специальный прибор регистрирует его и подает поток воздуха, в результате чего, частица выбрасывается в приемник.

    Химическая сепарация

    При обработке урановых, вольфрамовых, медных, медно-никелевых руд активно используется и метод химического обогащения. Также для обезжелезивания каолинов, кварца и полевого шпата. Ископаемое помещают в специальный реагент, который растворяет пустую породу, не меняя состав полезного сырья. Благодаря этому методу можно получить высокую эффективность обогащения, но его себестоимость достаточно высока. Поэтому его используют в случаях, когда концентрация материала в руде достаточно низкая, из-за чего другие методы сепарации будут не результативны.

    Одним из самых новых является химико-биологическое обогащение. В основе лежит принцип выщелачивания, разрушения кристаллических решеток пустой породы бактериями, например, Thiobacillus ferroxidans, Ferrobacillus tiooxidans. Также продукты жизнедеятельности этих бактерий являются сильными окислителями, благодаря чему разрешение пустой породы происходит намного быстрее. В результате этого процесса можно перерабатывать руды с низким содержанием полезного ископаемого.

    Обогатительные фабрики

    Обогащение полезных ископаемых – это способ увеличения концентрации ценного сырья, и отделения его от пустой породы. Оно необходимо для получения чистых металлов, угля, драгоценных камней. Каждое горнодобывающее предприятие не может обойтись без обогатительной фабрики, где и происходит процесс сепарации. Они могут, как располагать на месте добычи полезных ископаемых, так и при заводах, которые перерабатывают уже готовое сырье.

    Современные обогатительные фабрики являются полностью автоматизированными, а речное вмешательство сведено до минимума. На них в сутки может быть переработано до 100 тысяч тонн руды. Очень часто методы обогащения полезных ископаемых комбинируются, как, например, химический и флотацинный.

    Источник