Кендерді байытуға дайындау. Кендерді байытудың негізгі принциптері

Металлургия өндірісінің өнімділігі жоғары, өнімі (металл немесе қорытпа) сапалық және өзіндік құны төмен болу үшін өңделетін кеннің физика-химиялық қасиеттері металлургиялық процестің талаптардың толық қанағаттандыруы керек.

Бұл металлургиялық өндірістің экономикалық тиімділігіне, ең алдымен – энергетикалық шығындардың мөлшеріне әсер ететін қасиеттердің жиынтығы кеннің металлургиялық құндылығы деп атайды.

Өңделетін кендер келесі талаптарға сай болуы керек:

-металдың құрамы жоғары (немесе бос қалдық аз болуы);

-бос қалдық құрамы үйлесімді;

-зиянды қоспалардың құрамы аз;

-берілген технология үшін кеннің гранулометриялық құрамы талапқа сай;

-кендік материалдың химиялық және гранулометриялық құрамдарының ауытқуы аз.

Жер қойнауынан қазылған кен осы талаптарға сәйкес емес және арнайы операциялардың кешенінен тұратын алдын ала өңдеуді қажет етеді.

Жер қойнауынан алынған кен құны қазып алу тәсіліне (жер асты немесе ашық), сонымен қатар кен орындарының өлшемдеріне және тау-кен байыту комбинаттарының қуаттылығына тәуелді болады – олар үлкен болған сайын, кен арзандай түседі.

Өңделетін кендегі металл концентрациясы жоғары болған сайын (бос қалдық құрамы аз) шлак аз түзіледі (1 т металға есептегенде), соған қарай оны балқытуға да жылу аз кетеді.

Кендегі пайдалы және зиянды қоспалардың олардың металлургия құндылығына әсері алынған металл сапасын өзгерту арқылы көрінеді. Пайдалы қоспалар (шойын және құрыш өндірісінде – Mn, Cr, Ni, V және т.б.) металға өтіп оның механикалық және басқа қасиеттері ал жоғарылатады және металл құнын жоғарылатады. Зиянды қоспалар (болатта – As, P, S; мыста – Sb, Bi, As, Fe; германийде – As, Pb) өндірілген металл сапасын төмендетеді. Зиянды қоспалармен ластанған кендерден қажетті металл алу қосымша энергетикалық және материалдық шығындарды талап етеді, нәтижесінде металдың өзіндік құны өседі.

Кен кесектерінде минералдар бір – бірімен тығыз байланысқан, олар өзара жіктеліп өседі және жұқа сеппелі болып келеді. Кен орнында түсетін кен кесектерінің көлденең ені 1500 мм – ге дейін болады. Байыту көрсеткіштерінің жақсы нәтижесіне жету үшін кен қажетті ірілікке дейін ұсақталған болу керек, бөлек түйіршіктерін жекелендіріп, минералдардың біріккен жіктерін бұзу үшін ұсақтайды. Концентраттарды металлургиялық шахталық пештерде өңдеуге қолдану кезінде балқыту алдында оларды кесектеу керек.

Алдын ала дайындау кен шикізатының қорларын біршама ұлғайтады, себебі осыдан кейін ғана табиғи - «шикі» - экономика жағынан металлургиялық өңдеуге жарамсыз күйдегі тау жыныстарынан металды бөліп алу тиімді болады.

Ұсақтау үшін қолданатын машиналар – ұсатқыштар – кесектердің өлшемін 5 – 6 мм дейін кеміте алады. Ары қарай көбірек ұсақтау ұнтақтау деп аталады, оны диірмендерде жүзеге асырады.

Бірақ бұл агрегатта 1500 мм – ден 1 – 2 мм және одан да кішіге дейін ұсақтау мүмкін болса да, тәжірибе көрсеткеніндей, бұл экономикалық жағынан тиімді емес. Сондықтан ұсатқыш - байыту фабрикаларында ұсақтау бірнеше жүзеге асады, мұнда ұсатудың әрбір сатысына қажетті ұсатқыштың түрі қолданылады. Әдетте, ұсақтау үш сатыда жүзеге асады: ірі – 1500 – ден 250 мм дейін, орта – 250 – 50 мм, ұсақ – 50 – 5 мм дейін; ұнтақтау – 5 мм – ден бірнеше микрометрге дейін. Сонымен ұсақтау дәрежесі, яғни кесектердің ұсақтауға дейінгі және ұсақтаудан кейінгі максималды өлшемдерінің қатынасы ұсатудың әр сатысында 5 – 10 құрайды.

Қолданылатын ұсатқыштардың көпшілігі екі құрыш жақтардың бір – бірімен соғылуы нәтижесінде олардың арасындағы кен кесектерінің жаншылуы принципімен жұмыс істейді. Ірі ұсақтауға жақтық немесе конустық ұсатқыштар пайдаланылады (сурет 2). Орташа және ұсақ ұсақтау валкалық немесе соққылы (балғалы) ұсатқыштарда жүреді.

Сурет 2. Жақтық (а) және конустық ұсатқыштардың сұлбасы: 1 – қозғалмалы жақ; 2 – қозғалмайтын жақ; 3 – жүк түсіретін тесік; 4 – кептіру; 5 – тіректік тақталар; 6 – реттегіш қабаттар.

Ұнтақтау үшін өзекті, шарлы, галькалық диірмендер қолданылады. Минералдар қаттылығына, сынғыштығына, тұтқырлығына және кесектердің түрлеріне байланысты әртүрлі ұнтақталады. Ұнтақтау сулы ортада жүреді, соның нәтижесінде шаң бөліну азаяды және диірмендердің өнімділігі жоғарылайды. Ұнтақтау барысында бөлшектер автоматты түрде сортталады: ұнтақ бөлшектері өлшенген күйге өтіп, пульпа (кішкентай кен бөлшектерінің сумен қоспалары) түрінде диірменнен шығарылады, ал ірілері өлшенген күйде болмайды және диірменде ары қарай ұнақталу үшін қалып қояды.

Шарлы диірмендер сияқты жұмыс істейтін өздігінен ұнтақтағыш диірмендерде ұнтақтағыш дене ретінде кеннің ірі кесектері қызмет етеді. Шарларды жүктемелерді тиеуге кететін электр энергиясының меншікті шығыны болмайтындықтан бұлардың өнімділігі де төменірек болады.

Ұсақтау және әсіресе ұнтақтау процесі ең энергия көзіне шығындалатын және соған сәйкес ең қымбат операция болып табылады – олардың үлесіне кен дайындауға кететін жалпы шығындардың 60% кетеді. Ұсақтау, ұнтақтау және кластарға бөлу процесінің сұлбалары екі талапты қанағаттандыруы керек: артық ұсақтамау және минералды тапсырылған өлшемнен ірі бермеуі керек. Ол талаптарды қанағаттандыру үшін ұсақтау және ұнтақтау процестері жабық циклді болуы керек. Ұсақтау – байыту фабрикаларының тәжірибесі көрсеткеніндей, ұсақтағыштар мен диірмендердің жұмысы егер ұсақтау және ұнтақтау ары қарай елеу (електен өткізу) және кластарға бөлу кластарымен жалғасса ғана біршама жақсаратыны (өнімділігі артатыны, меншікті энергия шығыны азаятыны) белгілі болды.

Бұл процестердің мақсаты ұсатылған және ұнтақталған кендерді ірілік бойынша фракцияларға бөлу. Елеудің кластарға бөлуден айырмашылығы – елеу кезінде елеуіштерде кесектерді сорттау жүргізіледі, ал кластарға бөлу кезінде ұсақ (1-2 мм кіші) бөлшектерді сулы, кейде ауалы ортада бөледі.

Елеуіштер – елеуге арналған аппараттар, олар қозғалғыш және қозғалмайтын елеуішті болып бөлінеді. Кен дайындайтын фабрикаларда тербелмелі (вибрациялық) және инерциялық елеуіштер кең қолданылады. Кластарға бөлудің теориялық негізі әртүрлі іріліктегі бөлшектердің газ тәрізді немесе сұйық (сулы) ортада әртүрлі жылдамдықпен құлау заңы болып табылады.

Сурет 3. Инерциялық елек: 1 – қорап; 2 – елеуіш; 3, 4 – теңеспеген жүктері бар білік; 5 – реттегіші бар рессор; 6 – енгізу.

Әртүрлі кластарға бөлгіш құрылғылардың жұмыс істеу принципі бірдей: 300 – 500 мм – ге дейін су толтырылған ыдысқа пульпаны толассыз жібереді. Кеннің ең ірі бөлшектері ыдыс түбіне жылдам шөгеді, ал ұсақ өлшенді күйдегі бөлшектер – төгілетін сумен бірге құйып алатын тесік арқылы класқа бөлгіш құрылғыдан шығарылады. Арнайы құрылғының көмегімен шөккен бөлшектер де алынады. Байыту фабрикаларында ең көп тараған шиыршық (спиральді) класқа бөлгіштер, мұнда шөккен фракцияны – құмды – шығару үшін арнайы серіппені қолданылады.

Одан әрі ұсақталған кенді байытуға жібереді, оның мақсаты кендегі бос қалдықты мүмкіндігінше көбірек бөліп алудың нәтижесінде пайдалы элементтің концентрациясын жоғарылату болып табылады.

Сурет 4. Шиыршық класқа бөлгіш құрылғы.

Кендерді келесі әдістердің біреуімен байытады:

1. Минералдардың түсі, жылтырлығы және кесектерінің түріне қарай сұрыптау. Кендерді сұрыптайтын конвейерлерде бай кендердің кесектерін бөледі, мұнда бөлуге фотометрлік немесе радиометрлік индикаторлар пайдаланады.

2. Қаттылығы, сынғыштығы және кесектердің түріне қарай байыту, бұл бір минералдардың тез, ал екіншісінің баяу ұсақтылығына негізделген. Соңынан елеу арқылы кенді концентратқа және бос қалдыққа бөлуге болады.3. Электрлік байыту, мұнда минералдардың электр өткізгіштігі, электр сыйымдылығы және диэлектрлік қасиеттері қолданылады.

4. Магниттік байыту – минералдарды магниттік қасиеттеріне қарай бөлу.

5. Гравитациялық байыту, минерал түйіршіктерінің сұйықтарда немесе ауада құлау жылдамдықтарының және тығыздықтарының әртүрлігі қолданылады.

6. Ауыр орталарда байыту – минералдарды ауыр сұйықтарда немесе суспензияларда тығыздықтары бойынша бөлу. Мұнда тығыздығы бойынша біреуі – бетіне қалқып шығады, ал басқалары – түбіне батады. Ауыр орта ретінде органикалық сұйықтықтар, сулы ерітінділер немесе суспензиялар қолданылады.

7. Флотация байыту кенді ерекше флотациялық реагенттермен өңдегеннен кейін оның құрамындағы минералдар бетінің сумен дымқылданғыштығының (смачиваемость) әртүрлі болуына негізделген.

Кендік минералдарды бос қалдықпен таза күйінде бөліп алу олардың ұсақ түйіршіктері арасында жіктердің үзілмей, сақталуынан мүмкін болмайды. Кенді байыту дәрежесі концентраттағы металл құрамының оның кендегі құрамына қатынасы бойынша анықталады. Бұл байыту дәрежесі деп аталады. Екінші маңызды көрсеткіш – бөліп алу дәрежесі – концентраттағы металл мөлшерінің өңделген кен құрамындағы металл мөлшеріне қатынасы бойынша анықталады, ол үлес немесе пайызбен өлшенеді.

Екі, үш немесе одан да көп минералдардан тұратын комплексті кендерді металдарды жеке концентраттарға бөліп, селективті (таңдап) байытады.

Бақылау сұрақтары:

1. Кен қандай негізгі сапамен бағаланады?

2. Кендік шикізаттың өзіндік құны металл өндірісіне қалай әсер етеді?

3. Кенді байытуға қандай әдістермен және аппараттармен даярлайды?

4. Байытудың негізгі әдістерін және олардың мақсаттарын атаңыз?

5. Байыту дәрежесі деген не?

6. Бөліп алу дәрежесі деген не?

Металлургияның негізгі үғымдар және терминология. Металлургиялық саланың минералды-шикізат базасы. Кендік шикізат түрлері

Металлургия (грек тілінде – mеtallurgeo) - алғашқы мағынада - кендерден металдардын бөліп алу өнері.

Жаңаша кең үғымда металлургия - ғылым мен техника саласы және кендерден металдарды өндіретін, метал өнімдерін өндеуімен және алынған металдардан әр түрлі металл бұйымдарының қорытпаларын даярлаумен шүғылданған өнеркәсіптің бір бөлігі.

Кендерде металдар кейбір табиғи бос күйінде кездесетіңдерін (алтын, платина, мыс) есепке алмағанда басқа металл емес элементтермен (оттекпен, күкіртпен, мышьякпен, көміртекпен, кремниймен) бірігіп химиялық қосылыстар түзеді. Кендік минералдар тотыкқан, сульфидті, арсенидті, карбонатты, силикатты болып бөлінеді. Егер кеннің 3/4 бөлімі сульфидті минералдардан түзелсе, оларды сульфидті деп, ал егер сульфидтер 1/4 кем болса тотыққан деп атайды.

Бізге жақын литосфераның 16 км қалыңдықтағы бөлігінде минералдар шамамен келесі құрамда болады,%:

- силикаттар және алюмосиликаттар – 75;

- тотықтар және гидрооксидтер – 17;

- карбонаттар – 1,7;

- фосфаттар, арсенаттар, ванадаттар – 0,7;

- галогендер – 0,5;

- сульфидтер жене сульфаттар – 3,5;

- табиғи элементтер ( Аu, Ag , Сu ) – 0,1.

Кендер – бұл жаңаша деңгейдегі техникамен металдарды алу тиімді болатын тау жыныстары. Оларды алынатын металдың атымен атайды, мысалы, мысты, қорғасынды, никельді.

Тәжірибе жүзінде кендерде әрқашан кендік минералдан баска металдардың минералдары және бос қалдықтар болады. Көптеген жағдайда бұл - қоспа-минералдардың мөлшері көп болады, сондықтан олардың да бөліп алу тиімді болады. Мұндай кендерді комплексті деп атайды . Мысты-қорғасынды-мырышты, мысты-никельді-кобальтті, вольфрамды-молибденді, титанды-ниобийлі-СЖМды, уранды-ванадийлі, литийлі- цезийлі, цирконийлі-ниобийлі, титанды-магнетитті , ванадийлі кендер осындай комплексті болады.

Сульфидті кендер біртұтас жене бүдірлі болып келеді. Бүдірлі кендерде сульфидтердің ұсақ түйіршіктері кварцта немесе басқа жыныстарда біріккен. Олар біртұтас кендерге Қарағанда жылдам тотығады - сульфидтердің үлкен жиынтық беткі қабаты борпылдақ және ұсакталғыш жыныстармен қапталған.

Силикаттар - кремнийлі қышқылдардың тұздары, полимерленуге - молекулалары күрделенуге бейім, сондыктан табиғи силикаттардың. құрамы да күрделі. Оларды SІО₂, АІ₂О₃, FеО, СаО, немесе Аl₃О₃ • 2SІО₂ • 2Н₂О тотықтарьнын қосылыстары деп есептеуге болады.

Тотыққан кендер ең алдымен тотыктардан, карбонаттардан және силикаттардан түзеледі, олардын қүрамында бағалы заттар сондай мөлшерде болады, бірақ сульфаттармен байланысқан күкірт аз. Тотыкқан кендер жердің беткі қабатына жақын жатады және олардың көбісі өңделген түрде болады. Олардың қалайы, никель, мыс жене т.б. металдар металлургиясындағы мәні зор.

Табиғатта сульфидтермен бірге асыл металдар әркашан бірге жүреді. Металдық күміс, аргентит (Аg₂S) және табиғи алтын мысты, қорғасынды және мырышты кендерге, ал платина және платиноидтар - негізгі және ультранегізгі тау жыныстарының арасында орналасқан мысты-никельді кендерге қатысты. Сульфидті кендерде әрқашан пирит (FеS₂) немесе пирротин (Ғе₇S₈) көп. Күкірттің тұрақты серіктері (сульфидті кендерде күкірт 40-50%) - селен және теллур - бағалы сирек элементтер, олардың жаңа техниканың кейбір салаларындағы маңызы өте зор.

Металлургиялық өңдеудің алдында отын, энергия, қосалқы материалдар және жұмысшы күшін артық шығындамау үшін кендерден бос қалдықтарды арзан минералдардын химиялық құрамы мен агрегаттык, күйін өзгертуді талап етпейтін әдістермен бөліп алады. Шикізаттың сондай алдын ала минералдардың физикалық қасиеттерінің - түсі, жылтырлығы, ірілігі, магниттік қасиеттері, электр өткізгіштіктігі сумен дымкылданғыштығы және басқа да ерекшелігіне негізделген дайындауын байыту деп атайды. Кендердің байыған бөлімін концентрат, ал қалғандарын - қалдық деп атайды.

Көптеген металдарды ( Nа ; Мg ; К ; Sr ) дүниежүзілік мұхит суларынан және гидротермальды қайнарлардан шығаруға болады, бірақ бұл элементтердің концентрациясы суда аз болғандықтан, оларды өнеркәсіптік масштабта өндіру тиімсіз (магнийден басқасы).

Мұхит түбінен табылған темір-марганецті конкрецияны металлургия кендері деп есептей алмай отырмыз, олардың құрамында Ғе (3-25%), Мп (8-10%) басқа да металдар : АІ, Nі, Со, Zn, Сd, Gа , Мо , СЖМ бар. Бұл материалдарды қазіргі кезде өңдеу техникалық қиындықтар туғызады.

Минералды шикізат көздеріне қосымша ретінде екінші ретті қосымша шикізаттарды өндеу қарқынды дамып келеді (ломдар және калдықтар) және осыны іске асыру үшін жинау және өндеу жүйесін құру мақсаты тұр. Тек қана Ресейде жыл сайын түсті металдардың ломдары миллион тоннадан асады. Олардык ішінде 500 мың. т алюминийге, 300 мың. т мыс, 100 мык. т кқола және жез ломдарының үлесіне келеді.

Жер қыртысындағы металлургиялық шикізаттың көп түрлілігіне және бай қорына қарамастан оларды игерудін дәрежесі өте төмен және 1% аспайды. Сонымен қатар, соңғы кезде жаңа кен орындарын өндеудің дұрыс динамикасы қалыптасып келеді. Өндірістік өндеуде тұрған және жер қыртысын пайдаланғыштармен игеруге қабылданған кен орындарының саны мырыш бойынша 70%, мыс - 60%, қорғасын мен бокситтер бойынша 50%, алтын бойынша 80% көбейді.

Соңғы кезде мысты, қорғасынды және мырышты кен орындарындағы тау жұмыстары, сонымен бірге бокситтер бойынша жаңа объектілерді қолдануға беру азайғанын айта кету керек.

Қазақстан түсті металлургиясының минералды-шикізат базасының құрылымы біркелкі емес және бастаушы металдар бойынша сапалы жақсартуды талап етеді. Мыс, корғасын, мырыш және қалайы бойынша геологиялық-барлау жұмыстарының өсуі дамудың бағытының басталғанына және инвестициялардың бөлінуіне байланысты.

7-кесте

Қазақстан пайдалы қазбаларының қорлары, 1995 жыл бойынша

Металл	Қорлардың базасы, млн. т	Қабылданған қорлары, млн. т
Мыс	63,5	36,6
Қорғасын	27,3	14,8
Мырыш	58,7	34,7
Бокситтер	385	355

Әлемде мыс кендерінің қорлары бойынша Қазақстан 5-ші орынға ие, кеннің салыстырмалы сапасы жоғары емес, құрамындағы мыс 0,46%.

8-кесте

Қазақстанның түсті металдар қоры және өндірісі бойынша әлемде алатын орыны

Металл	Барланған қорлары				Қазып алу және өндірісі
	Кен орын-дары­ның саны	әлемдегі орыны, төмендегілер бойынша		пайдалануға енгізілген кен орындары­нык саны		әлемдегі орыны, төмендегілер бойынша
		кендік қоры	пайдалы компо- нент құрамы			пайдалы компоненттерді қазып алу бойынша	өнім өндіру бойынша
Мыс	81	5	63	17		10	10
Қорғасын	64	2	4І	19		9	16
Мырыш	61	1	40	17		7	11
Алюминий	23	17	10	6		10	-
Никель	Л	12	20	7		17	-
Қалайы	8	10	23	-		-	-
Титан	9	12	15	-		-	3
Алтын	205	9	4	48		20	9
Қүміс	137	2	31	32		9	10

Мыстың ең ірі кен орындары: Жезқазған, Актоғай, Айдарлы, олардың үлесіне республика қорларының 50% келеді. Барланған қорлармен мыс өндіретін кәсіпорындар 20-50 жылға қамтамасыз етіледі.

Қорғасын мен мырыштың шикізат базасы өндеуші кәсіпорындарды толық қуатымен жұмыс істеуі кезінде ғана жеткілікті болуы мүмкін. Кендерді қазып алу және өндеуді негізінен жаңа кен орындарын игеру арқылы кебейтуге болады.

Қазақстанда бокситтердін қорлары өте аз, сазбалшықты өндіру көлемі бүгінде 1,2 млн т. жылына. Ары карай оны 1,5 млн. т жеткізу көзделген.Ең ірі бокситтердің кен орындары Шығыс -Аят және Тусорское, пайдаланылғандарынан - Белинское және Жоғары - Ашут. Барланған қорлар санының соңғы он жылдықта өсуі тәжірибе жүзінде әлі байқалған жоқ және олардың жалпы саны сөйкесінше өндіру бойынша тұрақты кеміп отыр. Бокситтердің өндіру бойынша Қазақстан бокситөндіруші елдердің. ондығына кіреді.

Игеруге дайындалған Обухов жене Сатпаев титан кен орындары Өскемен титан-магний комбинатының шет елден сатып алатын шикізатының орнын басуы тиісті еді.

Қазақстанда алтынның ірі қорлары бар. Елде 134 нақты кен орындары бар, олардын үлесіне Қазақстан табиғи қорларының 61% келеді, 38% алтын қоры полиметалдық кендерге жинақталған. Қазақстандағы алтынның жалпы қорлары шамамен 6 мың. т бағаланады.

2001 жылы Қазақстанда алтын өндірісі 27 т-ға (1998 жылдан 1,5 есеге) жетті, ал Ресейде 1998-2001 жълдар арасында ол 1,3 есеге өст.і Аяғынды өндірушілердің арасында ең ірісі Өзбекстан (80-85 т жылына).

9-кесте

1997-2001 жылдардағы алтын және күмісті өндіру, т

Жылдар	Алтын		Күміс
	Өңделмеген	Тазаланған	Өңделмеген	Тазаланған
1997	18,7	9,7	690	390
1998	18,1	8,9	726	536
1999	20,1	9,6	904	646
2000	28,2	м/ж*	927	м/ж
2001	27,1	м/ж	982	м/ж

*М/ж - бұл жылдағы мәліметтер жоқ.. Өңделмеген - кен түрінде

Бақылау сұрақтары:

1. «Металлургия» сөзінің жаңаша мағынасы қандай?

2. Кен, минерал, концентрат, қалдық деген не?

3. Минералдар қандай кластарға бөлінеді?

4. Кен орыны қалай өнделеді?

5. Қазақстандағы ең ірі кен орындарын атаңыз?