1. Значение и роль обогащения при использовании различных полезных ископаемых.

Источником получения металлов, многих видов сырья, топлива, а также строительных материалов являются полезные ископаемые.

Полезные ископаемые в зависимости от характера и назначения ценных компонентов принято подразделять на: рудные, нерудные и горючие.

Рудами называют полезные ископаемые, которые содержат ценные компоненты в количестве, достаточном для того, чтобы их извлечение при современном состоянии технологии и техники было экономически выгодным. Руды делятся на металлические и неметаллические.

К металлическим относятся руды, являющиеся сырьем для получения черных, цветных, редких, драгоценных и других металлов.

К неметаллическим – асбестовые, баритовые, апатитовые, фосфоритовые, графитовые, тальковые и другие.

К нерудным относится сырье для производства строительных материалов (песок, глина, гравий, строительный камень, цементное сырье и другие).

К горючим относятся ископаемое твердое топливо, нефть и природный горючий газ.

Ценными компонентами называются отдельные химические элементы или минералы, входящие в состав полезного ископаемого и представляющие интерес для их дальнейшего использования.

Полезными примесями называют отдельные химические элементы или их природные соединения, которые входят в состав полезного ископаемого в небольших количествах и могут быть выделены и использованы совместно с основным ценным компонентом, улучшая его качество. Например: полезными примесями в железных рудах являются хром, вольфрам, ванадий, марганец и другие.

Вредными примесями называют отдельные примеси и элементы, или природные химические соединения, содержащиеся в полезных ископаемых и оказывающие отрицательное влияние в полезных ископаемых на качество извлекаемых ценных компонентов.

По составу руды бывают простые (полезный компонент представлен одним минералом) и сложные (полезный компонент представлен различными по свойствам минералами).

Руды, содержащие один ценный компонент, называются монометаллическими, руды, содержащие два или несколько ценных компонента, соответственно биметаллическими и полиметаллическими.

Минералы, не содержащие ценных компонентов, называют пустой породой. При обогащении они удаляются в отходы (хвосты) совместно с вредными примесями.

В результате обогащения основные составные компоненты полезного ископаемого могут выделяться в виде самостоятельных продуктов: концентратов (одного или нескольких) и хвостов. Кроме того, в процессе обогащения из полезного ископаемого могут выделяться так же промежуточные продукты.

Руда - это такая порода, из которой на данном этапе развития техники экономически выгодно извлекать ценные компоненты. Руда состоит из отдельных минералов; те из них, которые надо извлечь, называют ценными (полезными), а те, которые в данном случае не используются, являются минералами вмещающей (пустой) породы.

По минеральному составу руды подразделяются на самородные, сульфидные, окисленные и смешанные.

Руды также разделяются на монометаллические и полиметаллические.

Монометаллические руды содержат только один ценный металл.

Полиметаллические - два и более, например, Си, РЬ, Zn, Fe и др. В природе полиметаллические руды встречаются значительно чаще, чем монометаллические. По содержанию металла руды бывают богатые, бедные и забалансовые (очень бедные, непромышленные). Для разных руд эти понятия различны. При одинаковом содержании металла, например 0,2...0,3 % молибденовую руду считают богатой, а цинковую и свинцовую - бедной.

Различают также руды вкрапленные и сплошные. Во вкрап­ленных рудах зерна ценных минералов распределены в массе вмещающей породы. Сплошные руды (колчеданные) состоят на 50...100 % из сульфидов, главным образом пирита (серного колчеда­на) и небольшого количества минералов вмещающей породы.

По размеру вкрапленности зерен полезных минералов руды бывают крупновкрапленные (> 2 мм), мелковкрапленные (0,2...2 мм), тонковкрапленные (< 0,2 мм) и весьма тонковкрапленные (< 0,02 мм). Последние являются труднообогатимыми рудами.

Месторождения промышленных руд по характеру происхождения бывают коренными и россыпными. Коренные месторождения залегают в месте первоначального образования. Ценные минералы и минералы вмещающей породы в этих рудах находятся в тесной ассоциации между собой.

Россыпями называют вторичные месторождения, образовавшиеся в результате разрушения первичных коренных месторождений и вторичного отложения материала из первичных руд. В россыпных месторождениях присутствуют несульфидные, труднорастворимые минералы в виде зерен округлой формы (скатанных). Сростки отсут­ствуют, что облегчает и удешевляет процесс обогащения россы­пей .

В земной коре содержится около 4 тысяч различных минера­лов, которые представляют собой более или менее устойчивые при­родные химические соединения. Одни из них, такие как кварц, поле­вые шпаты, алюмосиликаты, пирит составляют основную массу земной коры, другие, например, минералы Сu, Рb, Zn, Мо, Ве, Sn находятся в больших количествах только в определенных участках - рудных телах, третьи, такие как германит (минерал германия), гринокит (минерал кадмия) встречаются еще реже, сопутствуя различным минералам в рудах.

Минералы, содержащиеся в рудах цветных и редких метал­лов, подразделяют на сульфидные и несульфидные. Последние, в свою очередь, делятся на оксиды, силикаты, алюмосиликаты, фосфа­ты, карбонаты и др.

К сульфидным относятся минералы, представляющие собой соединения металлов с серой.

Силикаты представляют собой самую большую группу мине­ралов, залегающих в земной коре. В верхней мантии земли они составляют до 92 %. К силикатам относится основная масса минералов вмещающей (пустой) породы (непригодной для промышленного по­требления), а также минералы лития, бериллия, циркона и др. Среди силикатов наиболее распространен кварц SiO2; его можно извлекать в самостоятельный продукт и использовать в производстве стекла, хрусталя, в строительной промышленности.

Речными водными потоками или волнами моря и океана куски руды и минералы обычно переносятся на большие расстояния. Перекатываясь, они принимают округлую форму. Сульфиды при этом разрушаются и в месторождениях полностью отсутствуют, а несульфидные труднорастворимые минералы освобождаются от сростков с минералами пустой породы (песок, галечник). Поэтому руды россыпных месторождений не подвергают дробле­нию и измельчению, и процессы обогащения их значительно проще и дешевле.

С помощью обогащения удаляют вредные примеси из концентратов, поступающих на металлургический завод, затрудняющие процессы плавки и ухудшающие качество получаемых металлов. Удаление вредных примесей позволяет значительно улучшить технико-экономические показатели металлургических процессов. В процессе обогащения руды получают концентраты (один или несколько), отвальные хвосты и промежуточные продукты. 

Концентраты – продукты, в которых сосредоточено основное количество того или иного ценного компонента. Концентраты, по сравнению с обогащаемой рудой характеризуются значительно более высоким содержанием полезных компонентов и более низким содержанием пустой породы и вредных примесей.

Промпродукты – продукты, получаемые при обогащении полезных ископаемых и представляющие собой смесь зерен, содержащих полезные компоненты, с зернами пустой породы. Промпродукты характеризуются более низким по сравнению с концентратами и более высоким по сравнению с хвостами содержанием полезных компонентов.

Хвосты – продукты, в которых сосредоточено основное количество пустой породы, вредных примесей и небольшое (остаточное) количество полезного компонента.

Обогащением полезных ископаемых называют совокупность процессов первичной обработки минерального сырья из недр, в результате которых происходит отделение полезных компонентов (минералов) от пустой породы.

Концентраты и хвосты являются окончательными продуктами, а промежуточные продукты — оборотными. Качество концентратов, выдаваемых обогатительными фабриками, должно отвечать требованиям, определяемым ГОСТами или техническими условиями. Эти требования зависят от назначения концентратов и условий их дальнейшей переработки. В ГОСТах указано наименьшее допустимое содержание полезного компонента и наибольшее допустимое содержание вредных примесей для концентратов различных сортов.

Результаты обогащения оцениваются несколькими показателями и прежде всего полнотой извлечения ценных компонентов и качеством получаемых концентратов.

Извлечением называется отношение количества полезного компонента, переведенного в концентрат, к его количеству в руде, выраженное в процентах. Извлечение характеризует полноту перевода полезного компонента из руды в концентрат и является одним из важнейших технологических показателей работы обогатительной фабрики.

Выходом называется отношение массы какого-либо про­дукта обогащения к массе переработанной руды, выраженной в процентах.

Содержание полезного компонента в концентрате характеризует его качество. Отношение содержания полезного компонента концентрате к содержанию его в руде называется степенью обогащения и обозначается К. Чем выше степень обогащения и извлечение металлов, тем эффективнее процесс обогащения и работа фабрики.

Из руд цветных и редких металлов, обычно содержащих очень небольшой процент полезного минерала, выплавлять металл без предварительного обогащения экономически невыгодно, а часто и практически невозможно. Поэтому более 95% добываемых руд подвергаются обогащению.

Обогащением руд называется совокупность процессов первичной обработки минерального сырья, имеющих целью отделение всех полезных минералов (а при необходимости и их взаимное разделение) от пустой породы. В результате обогащения получают один или несколько богатых концентратов и отвальные хвосты. Концентрат содержит в десятки, иногда и в сотни раз больше полезного минерала по сравнению рудой. Он пригоден для металлургической переработки или может служить сырьем для других отраслей промышленности. Отвальные хвосты содержат главным образом минералы пустой породы, которые при данных технико-экономических условиях извлекать нецелесообразно или же в этих минералах нет потребности.

Необходимость процессов обогащения полезных ископаемых подтверждается зависимостью технико-экономических показателей металлургической переработки от содержания металла в сырье, поступающем в плавку.

Значение обогащения полезных ископаемых обуславливается тем, что:

во первых – во многих случаях лишь после него становятся возможными многие технологические процессы (металлургические, химические и другие);

во вторых – переработка обогащаемого продукта осуществляется с большим экономическим эффектом, чем природного: уменьшается объем перерабатываемого материала, улучшается качество готовой продукции, сокращаются потери ценного компонента с отходами производства и расходы на транспортирование сырья, повышается производительность труда, снижаются расходы топлива, электроэнергии и т. д.

Технология обогащения полезных ископаемых состоит из ряда последовательных операций, осуществляемых на обогатительных фабриках.

Обогатительными фабриками называют промышленные предприятия, на которых методами обогащения обрабатывают полезные ископаемые и выделяют из них один или несколько товарных продуктов с повышенным содержанием ценных компонентов и пониженным содержанием вредных примесей. Современная обогатительная фабрика – это высокомеханизированное предприятие со сложной технологической схемой переработки полезного ископаемого.

Технологическая схема включает сведения о последовательности технологических операций по переработки полезных ископаемых на обогатительной фабрике.