4.5. Выбор схем обогащения полезных ископаемых

4.5.1. Общие принципы выбора схем обогащения

Схемы обогащения полезных ископаемых выбираются на ос­нове лабораторных, опытно-промышленных, промышленных испы­таний, опыта переработки руд - аналогов. На выбор схемы обогаще­ния может оказывать влияние развитие техники и технологии. Схема обогащения руд обычно выбирается на основе технико-экономиче­ского сравнения альтернативных вариантов. Выбор схем обычно осуществляется в два этапа. На первом этапе осуществляется выбор принципиальной схемы обогащения, на втором этапе выполняется детализация принципиальной схемы.

Принципиальной схемой обогащения называется схема, вклю­чающая стадии и циклы обогащения. Стадией обогащения называ­ется группа операций, производимых на материале одной крупности. Циклом обогащения называется группа операций, объединенных од­ним из признаков, относящихся к исходному питанию (циклы обога­щения песков, шламов, коллективных концентратов и т. д.), продук­там обогащения (циклы получения медного концентрата, цинкового концентрата, золотосодержащего продукта и т. д.), способу обогаще­ния (цикл магнитной сепарации, цикл флотации, цикл пенной сепа­рации и т. д.), режиму обогащения (магнитная сепарация в слабом магнитном поле, магнитная сепарация в сильном магнитном поле, безреагентная флотация и т. д.).

По числу стадий обогащения схемы подразделяются на одно-, двух- и многостадиальные. Каждая стадия обогащения может вклю­чать один или несколько циклов.

Выбор принципиальной схемы обогащения руд черных и цвет­ных металлов зависит от характеристики вкрапленности минералов в руде, крепости руды, способности минералов к ошламованию при измельчении. Для углей выбор схемы обогащения определяется кате­горией обогатимости угля, влажностью, характеристикой крупности и зольностью классов крупности, характеристикой вкрапленности минеральных примесей.

Выбор процессов и принципиальной схемы обогащения россып­ных руд зависит в основном от крупности, плотности и формы зерен извлекаемых компонентов. Характерным для россыпных руд явля­ется обогащение в два цикла: основного и доводочного. В первом ос­новном цикле удаляются хвосты - основная масса пустой породы и получается грубый концентрат при максимальном извлечении в него ценных компонентов. В цикле доводки из грубого концентрата полу­чают товарные продукты.

Детализация выбранной принципиальной схемы обогащения со­стоит в построении схем в отдельных стадиях и циклах. Решается во­прос о числе и последовательности операций в каждом цикле обога­щения, осуществляется выбор точек возврата промпродуктов.

4.5.2. Выбор схем обогащения руд черных металлов

Руды черных металлов как объекты обогащения классифициру­ются: по степени разрушенности пустой породы и полезных минера­лов; по магнитным свойствам полезных минералов; по содержанию и составу глины (для руд с разрушенной пустой породой); по характе­ристике вкрапленности полезных минералов и вредных примесей.

Степень разрушенности и магнитные свойства минералов явля­ются главными факторами, определяющими выбор схемы обогаще­ния руды.

В зависимости от степени разрушенности пустой породы и полезных минералов железные руды подразделяются на четыре класса:

А – руды с разрушенной вмещающей породой, в которых полез­ные минералы представлены более прочными и крупными вкрапле­ниями;

Б – руды с разрушенной пустой породой, в которых полезные минералы представлены мелкими и тонкими зернами или непроч­ными охрами.

В – руды с частично разрушенной пустой породой;

Г – руды с крепкой неразрушенной пустой породой.

В зависимости от соотношения между массовыми долями сильно- и слабомагнитных минералов каждый класс руды подразделяется на три группы:

1 группа – полезные минералы представлены преимущественно слабомагнитными разностями;

2 группа – полезные минералы, представленные смесью сильно- и слабомагнитных минералов;

3 группа – полезные минералы представлены преимущественно сильномагнитными разностями.

В соответствии с такой классификацией бывают руды групп: А-1, А-2, Б-1, В-1, В-2, Г-1, Г-2, Г-3. Группы А-3, Б-3 и В-3 в природе не могут быть, так как руды с разрушенной пустой породой не могут содержать преимущественно сильномагнитные минералы вследствие окисления магнетита и перехода его в полумартит, затем в мартит и бурый железняк. Группа Б-2 также выпадает из классификации, так как охристые руды практически не содержат магнетита.

Для выбора процесса и принципиальной схемы обогащения кроме данной выше классификации используются различия в промы­вистости (для руд классов А и Б) и в характеристиках крупности со­ставляющих руду компонентов (для руд классов В и Г).

Схемы обогащения руд класса А

К классу А относятся так называемые промывочные руды. Пус­тая порода в этих рудах находится главным образом в виде глины и песка. Сростки полезных минералов с пустой породой отсутствуют или встречаются в незначительных количествах. Руды полностью окислены, количество сульфидной серы и магнетита незначительно. Железо представлено бурыми железняками, мартитом и полумарти­том.

Основным методом обогащения таких руд является промывка с последующим грохочением мытой руды, гидравлической классифи­кации мелкого материала. Обесшламленный мелкозернистый про­дукт иногда подвергается обогащению магнитной сепарацией и от­садкой. Принципиальная схема обогащения железных руд класса А приведена на рис. 4.19.

В зависимости от состава вмещающей породы руды класса А подразделяются на песчанистые и глинистые. К песчанистым рудам относятся разновидности, содержащие легкоразмывистые глины. Эти руды не требуют интенсивной промывки. Глинистые руды со значи­тельным количеством вязкой глины требуют более интенсивной промывки.

Руды класса А перед промывкой подвергаются дроблению до 100 – 50 мм с целью предохранения промывочных аппаратов от по­ломок крупными валунами. При промывке в бутарах и получении крупнокускового по условиям отгрузки концентрата руда перед про­мывкой может не дробиться.

Основные обогатительные операции для руд класса А – про­мывка и гидравлическая классификация, обеспечивающие удаление класса крупности менее 0,15 мм с низкой массовой долей полезных минералов. Пески гидравлической классификации могут направ­ляться в дополнительное обогащение магнитной сепарацией. Для руд группы А-1 применяются сепараторы с высокой напряженностью магнитного поля, а для руд группы А-2 со средней напряженностью магнитного поля. Для труднопромывистых руд может применяться двойная промывка.

Более развитые схемы обогащения применяются для обогаще­ния окисленных марганцевых руд. Например, для руд Никопольского бассейна, которые можно отнести к группе А-1, более крупные классы руды требуют большей продолжительности промывки, по­этому руда перед промывкой разделяется на три класса крупности. Для получения максимального количества концентрата высших сор­тов обработка грубых концентратов ведется по сложной схеме, включающей отсадку и магнитную сепарацию. Шламы и бедный концентрат отсадки подвергаются флотации.

Схема обогащения руд класса Б

В рудах класса Б пустая порода и полезные минералы имеют ма­лую прочность. Полезные минералы представлены слабомагнитными разностями – бурыми железняками, сидеритом. Пустая порода в ос­новном состоит из хлорита.

Помывка и гравитационные процессы при обогащении этих руд не дают удовлетворительных результатов вследствие их сильной шламуемости и относительно небольшой разности в плотности руд­ных и нерудных компонентов.

Более экономичными для таких руд являются комбинированные схемы обогащения: гравитационно-обжигмагнитная, гравитационно-магнитная. Гравитационно-флотационная схема обогащения таких руд считается неперспективной.

Схема обогащения руд класса В

В рудах класса В пустая порода представлена мелким материа­лом – глиной, песком и более крупным материалом – гравием, щеб­нем и нерудными крупными кусками. Полезные минералы отчасти свободны, отчасти находятся в сростках с пустой породой. Сера со­держится в небольших количествах.

Представителями группы В-1 являются марганцевые руды Чиа­турского месторождения. Для этих руд схема обогащения может быть аналогичной схеме обогащения марганцевых руд группы А-1.

Представителями группы В-2 являются частично разрушенные руды из окисленных зон железорудных месторождений Урала. Прин­ципиальная схема обогащения железных руд группы В-2 приведена на рис. 4.20. Для обогащения классов крупности мытой руды приме­няется магнитная сепарация и отсадка.

К классу В относятся железные, марганцевые и хромитовые руды значительного числа месторождений.

Схемы обогащения руд класса Г

Представителями группы Г-1 являются гематитовые и марган­цевые руды Кривого Рога и некоторых месторождений Кольского полуострова, марганцевые и хромитовые руды уральских и сибир­ских месторождений.

Хвосты

Питание

Для обогащения железных руд могут применяться процессы: гравитационные; обжигмагнитные; гравитационно-флотационные; флотационные. Выбор процесса зависит от крупности вкраплений полезных минералов и от наличия в руде минералов, затрудняющих флотацию.

Для крупнокусковых руд может применяться гравитационная схема обогащения. Для тонковкрапленных руд при массовой доле силикатов железа и охристых железных минералов свыше 5 % к применению рекомендуется обжигмагнитная схема обогащения, при массовой доле силикатов железа и охристых минералов менее 5 % – флотационная схема обогащения. Гравитационно-флотационная схема обогащения при мелкой и тонкой вкрапленности дает концентраты худшего качества, чем флотационная и обжигмагнитная схемы

Развитие полиградиентной магнитной сепарации открывает пер­спективы использования схем магнитного обогащения для слабомаг­нитных руд.

Типовая схема обогащения марганцевых руд группы Г-1 вклю­чает три стадии обогащения при крупности материала минус 12, ми­нус 2 и минус 0,5 мм. Для обогащения применяются: осадка, концен­трация на столах и магнитная сепарация.

Схемы обогащения мелковкрапленных хромитовых руд вклю­чают дробление и измельчение руды до 0,3 – 0,5 мм, гидравлическую классификацию и обогащение крупных классов отсадкой, а мелких концентрацией на столах. Альтернативной может быть схема обога­щения хромитовых руд магнитной сепарацией на сепараторах с вы­сокой напряженностью магнитного поля.

К группе Г-2 относятся руды с плотной неразрушенной пустой породой, содержащие сильно- и слабомагнитные полезные мине­ралы. Представителями группы являются магнетито-мартитовые и магнетито-гематитовые руды месторождений Кривого Рога, Курской магнитной аномалии, Кольского полуострова, некоторых уральских и сибирских месторождений. Для руд характерна мелкая и тонкая вкрапленность полезных минералов. Железо представлено магнети­том, мартитом и гематитом. Пустая порода представлена, в основном, кварцем.

Руды группы Г-2 могут обогащаться по магнито-гравитацион­ной, магнито-флотационной, флотационно-магнитной, обжигмагнит­ной, флотационной, гравитационно-флотационной и магнитной схе­мам. При этом гравитационные процессы неэффективны для руд с тонкой вкрапленностью, обжигмагнитная схема является высокоза­тратной. При тонкой вкрапленности перспективны схемы магнито-флотационная, флотационная и магнитная с магнитной сепарацией в слабом поле и затем в сильном.

К группе Г-3 относятся первичные железные руды с неразрушенной вмещающей породой, в которых железные минералы представлены магнетитом, титаномагнетитом. Эти руды называются магнетитовыми.

Выбор принципиальной схемы обогащения магнетитовых руд группы Г-3 определяется характеристиками вкрапленности полезных минералов, пустой породы и вредных примесей. При магнитном обо­гащении магнетитовых руд экономичными являются стадиальные схемы. Примеры принципиальных схем обогащения магнетитовых руд приведены на рис. 4.21.

Схема, изображенная на рис. 4.21,а является основной для обогащения магнетитовых руд. Она характеризуется стадиальным обогащением с выделением в каждой стадии хвостов. В случае засо­рения руды пустой породой в процессе горных работ первая стадия обогащения производится при крупности руды меньше 20–30 мм с применением сухой магнитной сепарации. Мокрое магнитное обога­щение обычно включает две или три стадии. При трехстадиальной схеме мокрой магнитной сепарации вторая стадия часто включается в замкнутый цикл измельчения. Выбор такой схемы должен быть эко­номически обоснован, поскольку для ее реализации требуется боль­шое количество магнитных сепараторов для переработки материала циркулирующей нагрузки.

При относительно крупной неравномерной вкрапленности в первой стадии обогащения (рис. 4.21,б) после сравнительно грубого измельчения (дробления) может быть выделена часть кондиционного концентрата, часть отвальных хвостов и содержащий сростки пром­продукт, который после измельчения подвергается второй стадии магнитной сепарации. Такая схема обеспечивает сравнительно низ­кое качество концентрата и может применяться при низких конди­циях на концентрат.

Также при пониженных требованиях к качеству концентрата мо­жет применяться схема, приведенная на рис. 4.21,в. При выборе ко­нечной крупности измельчения руды большое значение имеют тре­бования потребителей к концентратам. Концентраты, поступающие на агломерацию, не должны быть крупнее, чем 90–95 % класса минус 0,071 мм. Крупность концентратов для окомкования должна быть не менее 85 % класса минус 0,044 мм.

Схемы получения богатых железных концентратов

Для процессов прямого восстановления железа, порошковой ме­таллургии и сталеплавильного производства требуются концентраты с высокой массовой долей железа и малой массовой долей вредных примесей. При обогащении железных руд только часть железа извле­кается в «сверхбогатый» концентрат с массовой долей железа 68–71 %, оставшаяся часть извлекается в концентрат для доменного производства. Для выделения сверхбогатых концентратов требуется тонкое измельчение черновых концентратов до 95–100 % класса минус 0,044 мм. Выделение сверхбогатых концентратов достигается: при­менением схем с большим числом стадий обогащения, увеличением числа перечисток концентрата магнитной сепарации, дополнительным флотационным обогащением богатых магнитных концентратов.

Схемы обогащения комплексных магнетитовых руд

К комплексным относятся магнетитовые руды, содержащие кроме железа такие компоненты, как кобальтоносный пирит, суль­фиды меди, свинца, цинка, ильменит, апатит. Для обогащения таких руд применяются комбинированные схемы, включающие магнитную сепарацию, флотацию, гравитационные методы обогащения.

Например, из магнетитовых руд Ковдорского месторождения после выделения магнетита гравитационными методами из хвостов магнитной сепарации извлекается циркониевый минерал бадделеит и затем флотацией – апатитовый концентрат. Из руды Волковского ме­сторождения флотацией получают медный и апатитовый концен­траты, магнитной сепарацией – железо-ванадиевый концентрат.

Построение схем магнитного обогащения в отдельных стадиях и циклах

Материал крупнее 6 мм обычно обогащается сухой магнитной сепарацией с предварительным грохочением материала на два или три класса и без него. Предварительное грохочение применяется для повышения технологических показателей магнитной сепарации и по­лучения в хвостах классифицированного по крупности материала (строительного щебня). Материал мельче 6 мм обогащается мокрой магнитной сепарацией.

Схемы магнитной сепарации в отдельных стадиях и циклах приведены на рис. 4.22, на которых исходный продукт подается в ос­новную операцию, концентраты (К.) операции направляются на пе­речистные, а хвосты (Хв.) – на контрольные операции магнитной се­парации. Операция, в которую входит один и выходит один продукт, есть операция измельчения.

В стадиях обогащения, где выделяются отвальные хвосты и не­кондиционный концентрат, следует применять схемы, приведенные на рис. 4.22,а и 4.22,б.

Схема б применяется, когда за одну операцию магнитной сепа­рации не получаются отвальные хвосты. В стадиях обогащения, где выделяются два окончательных продукта – кондиционный концен­трат и отвальные хвосты, применяется схема, представленная на рис. 4.22,в. Схема включает основную магнитную сепарацию, контроль­ную сепарацию хвостов и одну, две или три перечистки концентрата. Требуемое число перечисток концентрата обосновывается по резуль­татам исследовательских работ.

Рис. 4.22. Схемы магнитного обогащения в отдельных стадиях и циклах

a

б