5. Влияние основных характеристик вещественного состава на их обогатимость

Развитие техники обогащения значительно расширило сырьевую базу промышленности, позволило вовлечь в активные запасы новые месторождения, содержание в которых металлов очень низкое (десятые, сотые и даже тысячные доли процентов). Современные обогатительные фабрики ежегодно перерабатывают миллионы тонн полезных ископаемых. С каждым годом совершенствуется техника обогащения, создаются новые технологические схемы, новое производительное оборудование, осваиваются новые виды полезных ископаемых и повышается извлечение из них ценных компонентов. Обогащением руд называется совокупность операций механической обработки полезных ископаемых имеющих целью разделение всех минералов и увеличение содержания полезных компонентов в продуктах разделения. Химический состав при этом не меняется.

Эффективность работы обогатительных фабрик во многом зависит от качества перерабатываемого сырья. Для получения максимального извлечения полезных компонентов при обогащении рудного сырья требуется постоянство его состава во времени, по крайней мере в течение смены. Это требование объясняется тем, что высокие показатели переработки руд могут быть получены только при полном соответствии их качества применяемому технологическому режиму обогащения. В условиях частой смены химического и минералогического состава перерабатываемого сырья или задержки информации о них обогатители не в состоянии оперативно изменять режим переработки руд. Между тем еще на многих обогатительных фабриках можно наблюдать, как в течение смены несколько раз изменяется концентрация металлов или увеличивается количество труднообогатимых разновидностей в поступающей на флотацию руде. Мероприятия по усреднению качества руды и продуктов обогащения, обеспечивая стабилизацию технологического процесса на относительном уровне и эффективную работу систем автоматизации, позволяют повысить производительность фабрики (на 5…8 %), извлечение металлов (на 0,5…5,0 %) и снизить расход реагентов (на 10…15 %).

К основным характеристикам вещественного состава руд цветных металлов, определяющим технико-экономические показатели обогащения, относят: содержание ценных компонентов; минеральный состав; характер вкрапленности и срастания минералов; наличие в них изоморфных примесей; вторичные изменения минералов вследствие окисления, выветривания и взаимоактиваций.

Степень извлечения каждого из компонентов руды в отдельные концентраты зависит от его содержания в руде. При прочих равных условиях извлечение возрастает с увеличением содержания данного компонента в руде. Это обычно обусловлено тем, что содержание его неизвлекаемой части в руде более или менее одинаково и с увеличением общего содержания флотируемого компонента повышается доля его извлекаемой части. Однако при переработке на фабрике различных сортов руд такой связи может и не быть, если окажется, что в рудах с более высоким содержанием извлекаемого компонента он представлен трудно- флотируемыми или неизвлекаемыми минералами, а в рудах с небольшим содержанием данного компонента – легкофлотируемыми минеральными разностями. Например, медь в рудах может быть представлена легкофлотируемыми сульфидными минералами (халькопиритом, борнитом, халькозином и ковеллином); гораздо хуже флотирующимися окисленными минералами (малахитом, азуритом, купритом) и практически неизвлекаемыми при флотации хризоколлой и алюмосиликатами меди.

Разные группы минеральных форм требуют различных реагентных режимов, и при их совместном присутствии трудно обеспечить оптимальные условия флотации всех минералов. Поэтому в технологической схеме обычно предусматривают раздельное флотационное извлечение, например, сначала сульфидных, затем – окисленных минералов. Изменение соотношения минеральных форм в сторону увеличения труднофлотируемых разностей извлекаемого компонента приводит к уменьшению его извлечения в концентрат.

Во-вторых, возможность селективной (избирательной) флотации зависит от степени близости физико-химических свойств разделяемых минеральных компонентов и трудности ее осуществления возрастают при разделении минералов с одинаковым анионом или катионом. Например, если флотационное отделение сульфидных минералов от несульфидных является обычно простой операцией, то разделение сульфидов протекает гораздо сложнее. Трудности селективной флотации минералов с одинаковым катионом или анионом обусловлены еще и тем, что разные минеральные формы одного и того же металла или элемента обладают различными свойствами. Если, например, отделение галенита от халькопирита протекает довольно легко, то отделение его от халькозина требует особых условий.

В-третьих, селективная флотация будет осложняться при наличии в рудах легкофлотируемых алюмосиликатов, высоком содержании шламистых минералов и пород, обладающих большой поглотительной способностью по отношению к флотационным реагентам. Например, флотационное извлечение окисленных минералов свинца из сильно разрушенных руд становится практически невозможным, если в них присутствуют оксиды и гидроксиды марганца. Трудной задачей является также эффективная депрессия флотоактивных силикатов, резко понижающих содержание извлекаемого компонента в концентрате.

Условия образования полезных ископаемых (генезис) определяют их строение, характер кристаллизации, изоморфизм, скорость и степень окисления и электронные свойства минералов. Например, сульфидные руды, образующиеся в результате раскристаллизации расплавленных магм или осаждения сульфидных минералов из горячих водных растворов, отличаются плотностью, крупнокристаллическим строением и не имеют пор. Окисленные же руды, образовавшиеся в процессе окисления и выщелачивания сульфидных руд, обычно характеризуются мелкокристаллическим строением и большим числом пор, заполненных охристоглинистым материалом. При измельчении таких руд охристо-глинистый материал образует значительное количество так называемых «первичных» шламов, оказывающих вредное влияние на флотацию. Генезисом определяется содержание изоморфной примеси в минералах. Широкое изменение содержания изоморфного, например, железа в цинковой обманке, пентландите, молибдена в шеелите, марганца в вольфрамите оказывает существенное влияние на необходимые условия активации и депрессии изоморфных разновидностей минерала. Изоморфизм – основная причина наличия в рудах легко- и труднофлотируемых разностей одного и того же минерала. От генезиса месторождения зависят соотношение концентраций электронов и дырок и характер изменения уровня Ферми у полупроводниковых минералов. Исследование влияния их на флотируемость сульфидных минералов показало, что изменение концентрации электронов в поверхностном слое минералов не требует изменения установленных ранее соотношений концентраций реагентов в граничных условиях флотации минералов, но может существенно повлиять на максимально возможное извлечение минералов в концентрат. Причина этого – нарушение условий образования диксантогенида на поверхности при высокой концентрации электронов или, наоборот, дырок в поверхностном слое минерала. Увеличить извлечение минерала при большой концентрации электронов можно, например, применением реагентов-окислителей, а при высокой концентрации дырок – использованием реагентов-восстановителей, понижающих их концентрацию в поверхностном слое до оптимальной. Вторичные изменения минералов. Вторичным изменениям могут быть подвергнуты как рудные минералы, так и минералы вмещающих пород. Наиболее важные изменения минералов пустой породы связаны с окремнением, коалинизацией, хлоритизацией и серицитизацией их поверхности. Каолинизация и серицитизация – основные процессы изменения полевых шпатов, для железо-магнезиальных минералов наиболее характерна хлоритизация. В процессе вторичных изменений происходит унификация поверхностных свойств различных породных минералов при возрастании об- щей степени их гидрофобности и образование большой массы легкофлотируемых серицито-хлоритовых шламов, даже при сравнительно крупном измельчении. В результате этого возрастают трудности депрессии пустой породы, предотвращения вредного влияния шламов и получения богатых концентратов.

Вторичные изменения рудных, например, сульфидных минералов связаны в основном с их окислением и взаимоактивацией. Окисление сульфидов в зоне окисления месторождения или в процессе добычи, транспортировки, дробления и измельчения руды приводит к образованию на их поверхности более полярных соединений, чем сами сульфиды. При взаимодействии с собирателем на таких поверхностях образуются рыхлые гидрофобные шламы, затрудняющие флотацию сульфидных зерен. Наилучшие результаты в этом случае дает предварительная сульфидизация окисленной поверхности сульфидных минералов. Наибольшие трудности при селективной флотации может вызывать взаимоактивация минералов как в самом месторождении, так и в процессе подготовки руды к флотации. Особенно трудно поддаются селекции сульфидные руды из зон вторичного обогащения, когда поверхность практически всех сульфидов железа, цинка, свинца покрыта пленками вторичных сульфидов меди. В этом случае флотируемость всех минералов становится одинаковой. При ограниченном развитии активирующих пленок на поверхности минералы удается разделить только после очень тонкого измельчения или только после удаления пленок с помощью соответствующих растворителей [3].

Задача 1.

Содержание металла в исходной руде составляет α ‒ 2,0 %. Содержание металла в концентрате β ‒ 20,0 %, в хвостах β_хв ‒ 0,1 %. Определить эффективность обогащения руды на фабрике и дать анализ технологических показателей обогащения.

Составляем баланс металла по руде и продуктам обогащения: количество металла в руде равно сумме его количеств в концентрате и хвостах.

Отсюда выход концентрата:

выход хвостов:

извлечение в концентрат:

степень обогащения:

Задача 2

Фабрика перерабатывает два типа руды: α₁ ‒ 0,5 %, α₂ ‒ 5,0 %. Доля перерабатываемой руды первого типа n ‒ 5 % от общей переработки. Получают концентраты: β₁ ‒ 25,0 % и β₂ ‒ 34,5 %, хвосты: β_хв1 ‒ 0,1 % и β_хв2 ‒0,20 %. Общая суточная переработка руды N ‒ 10000 т.

Сколько тонн металла в концентратом ежедневно фабрика отправляет металлургическому заводу?

Дать анализ всех технологических показателей обогощения.

Вывод

В теоретической части контрольной работы были рассмотрены процессы минералообразования, общая характеристика минералов, характеристика и классификация руд, влияние основных характеристик и состав на обогащение сырья.

Развитие техники обогащения значительно расширило сырьевую базу промышленности, позволило вовлечь в активные запасы новые месторождения, содержание в которых металлов очень низкое. Современные обогатительные фабрики ежегодно перерабатывают миллионы тонн полезных ископаемых. С каждым годом совершенствуется техника обогащения, создаются новые технологические схемы, новое производительное оборудование, осваиваются новые виды полезных ископаемых и повышается извлечение из них ценных компонентов.

В практической части контрольной работы был произведен расчет эффективности обогащения руды. Произведен расчет технологических показателей обогащения.