20. Збагачення корисних копалин

20.1. Технологічні показники збагачення

Якість корисної копалини і продуктивність збагачення оцінюються вмістом корисного компоненту (заліза, міді та ін.) або ж вмістом баласту (наприклад, вмістом золи у вугіллі).

Вміст корисного компоненту у вхідному матеріалі, в концентраті та у відходах (хвостах) позначається відповідно буквами , ,  (рис. 20.1).

Рис. 20.1. Загальна схема і показники збагачення

Вихід продукту збагачення в кількісному відношенні характеризується показником _к, а вихід відходів – показником γ_хв, які складають

_к = ( Q_к/Q) 100 %;

γ_хв = (Q_хв/Q) 100 %,

де Q, Q_к, Q_хв – кількість відповідно вихідного матеріалу, концентрату і відходів (хвостів).

Якщо вхідний матеріал приймаємо за 100 % ( = 100 %), то баланс продуктів збагачення можна записати у вигляді:

  _к  _хв = 100 %,

а розподіл корисного компоненту відповідно:

  100  _к _хв.

Рівень добування компоненту в продукті та втрати його у відходах складають:

_{к = к (β/α) %.}

20.2. Підготовчі процеси при збагаченні

До підготовчих процесів відносять поділ матеріалу за фракціями, подрібнення та перемелювання. При переробці будматеріалів ці ж процеси відносять до основних.

20.2.1. Грохочення матеріалу. Гідравлічна класифікація

Процес розподілу матеріалу на два або декілька класів за величиною зерен має загальну назву – класифікація по крупності. Такий розподіл здійснюють двома способами: застосуванням грохочення за допомогою сит або класифікацією у водному середовищі.

Грохоти поділяють на дві групи: нерухомі і рухомі. До першої групи відносять колосникові і конічні грохоти. Колосникові грохоти установлюють перед першою і рідше перед другою стадією подрібнення, конічні ж грохоти використовують для розділення сипучих матеріалів – піску та гравію.

До групи рухомих грохотів відносять барабанні грохоти, в яких рухомою частиною є тільки сито, і вібраційні грохоти, в яких рухається увесь корпус разом з ситами (рис. 20.2). З підгрупи вібраційних грохотів найчастіше використовують на усіх стадіях грохочення інерційні грохоти. Робочими елементами грохотів є сита різноманітної конструкції: колосникові, дротяні, штамповані, щілиноподібні. Виготовляють їх з металу, гуми, поліуретану.

Розподіл матеріалу на фракції можна виконати і на гідравлічних класифікаторах, в яких використовують горизонтально або вертикально направлені потоки води. Гідравлічні класифікатори використовують при переробці будматеріалів для поділу піску на фракції, при підготовці вхідного матеріалу збагачення, і безпосередньо при збагаченні. Принцип їх дії базується на тому, що більш дрібні і легкі частинки матеріалу потоком води відносяться далі, ніж більш крупні та важкі.

Рис. 20.2. Інерційний грохот: 1 – короб; 2 – вібратор; 3 – сита; 4 – пружини; 5 – опори; 6 – електродвигун

20.2.2. Подрібнення та перемелювання порід

Подрібнення та перемелювання – це процеси руйнування порід під дією зовнішніх сил до заданої крупності. Ці процеси в цілому схожі між собою. Під перемелюванням розуміють подрібнення матеріалу до крупності менше 3 мм.

Ступенем подрібнення називають співвідношення максимального розміру кусків до подрібнення до максимального розміру кусків після подрібнення:

і = D_max/d_max.

Сучасні подрібнювальні апарати дозволяють отримати ступінь подрібнення і = 5…30. Подрібнення здебільшого відбувається в декілька стадій: крупне (з розмірами кусків 100…350 мм), середнє (40…100 мм), дрібне (3…40 мм) та перемелювання (менше 3 мм). Апарати для подрібнення називають дробарками, а для перемелювання матеріалу – млинами. Залежно від конструкції дробарки поділяють на чотири групи: щокові, конусні, валкові та ударні.

Щокові дробарки призначені переважно для крупного подрібнення. Конструкція такої дробарки наведена на рис. 20.3. Роздавлювання породи відбувається між двома щоками: нерухомою 1 і рухомою 2, футерованими відповідними знімними плитами 14 і 15. Відстань між щоками зменшується зверху вниз. При включеному приводі відбувається зворотно-поступальний рух рухомої щоки, відстань між плитами періодично зменшується, куски породи роздавлюються.

Рис. 20.4. Щокова дробарка: 1 – нерухома щока; 2, 3 – рухома щока з валом; 4 – вал; 5 – головка шатуна; 6, 7 – розпірні плити; 8, 9 – вкладиші; 11, 12 – клини регулювання; 13 – маховик; І4, 15 – знімні футеровочні плити; 16 – гладка плита

Конусні дробарки призначаються для крупного, середнього і рідше мілкого подрібнення, яке відбувається за рахунок роздавлювання порід між двома конусами – нерухомим і рухомим, нижній кінець рухомого вала установлений в ексцентриковий стакан. При обертанні внутрішнього конуса він періодично наближається до нерухомої конусної оболонки і роздавлює куски породи.

Валкові дробарки застосовують для середнього і мілкого подрібнення корисних копалин. Валки в цих дробарках можуть бути з гладкими, рифленими або зубчастими поверхнями. На рис. 20.4 показана валкова дробарка з зубчастими барабанами, один з яких може переміщуватись в горизонтальному напрямку. При обертанні валків назустріч один одному куски корисних копалин потрапляють в міжвалковий простір і там роздавлюються гладкими валками або розколюються зубчастими валками.

рис. 20.3. Валкова дробарка: 1 – пружина; 2 – кожух; 3 – валки; 4 – шестерня приводу валків; 5 – нерухомий підшипник; 6 – рухомий підшипник; 7 – рама

В дробарках з ударним принципом руйнування (роторних) куски корисної копалини розбиваються спеціальними молотками або іншими ударними пристроями. Зокрема в молоткових дробарках (рис. 20.5) куски матеріалу розбиваються не тільки молотками 8, але й при їх ударах об стінки корпусу 6 і плити 5.

Рис. 20.5. Молоткова дробарка: 1 – ротор; 2 – вал; 3 – решітка; 4 – трижні; 5 – плити; 6 – корпус; 7 – завантажувальний бункер; 8 – молотки

Перемелювання корисних копалин проводиться з метою безпосереднього використання (в цементному виробництві), або як підготовчий процес при подальшому збагаченні. Залежно від необхідної крупності кінцевого продукту процес перемелювання може здійснюватись в одну або декілька стадій.

Найбільш широке застосування знайшли барабанні млини циліндричної та конічної форми. Внутрішня порожнина барабанів на 35…45 % заповнюється металевими кулями (кульові млини), металевими стрижнями (стрижньові млини) та ін. В деяких випадках використовують принцип самоподрібнення матеріалу. Процес перемелювання може відбуватися як з сухим матеріалом, так і в водному середовищі, коли матеріал в барабан подають у вигляді пульпи.