Обогащение полезных ископаемых решение практических задач. Учебное пособие

№ 4507 М И Н И С Т Е РС Т В О Н АУ К И И В ЫС Ш Е ГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ

Кафедра обогащения и переработки полезных ископаемых и техногенного сырья

А.А. Николаев

ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Решение практических задач

Учебное пособие

Рекомендовано редакционно-издательским советом университета

Москва 2021

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Впроцессе обучения по направлению подготовки специалитета 21.05.04 «Горное дело» и 21.05.05 «Физические процессы горного или нефтегазового производства» предусмотрено изучение учебной дисциплины «Обогащение полезных ископаемых», направленной на приобретение знаний, умений и навыков, необходимых для формирования универсальных, общепрофессиональных и профессиональных компетенций в сфере обогащения полезных ископаемых.

Цель учебного пособия – повышение уровня усвоения учебного материала по дисциплине «Обогащение полезных ископаемых». Оно дополняет учебный материал и способствует расширению знаний в данной области, а также помогает научиться обоснованно применять теоретический материал для решения практических задач, что необходимо для формирования соответствующих компетенций.

Впособии рассматриваются технологические показатели обогащения полезных ископаемых, кривые обогатимости, основы фракционного анализа, составление и особенности расчёта технологического баланса (материального и по ценному компоненту), расчёт качественно-количественной схемы обогащения по данным балансового опробования. Большое внимание уделено особенностям построения характеристик крупности руды и определению с их помощью содержания класса крупности, а также оценке эффективности грохочения полезных ископаемых и продуктов их обогащения. Представлены показатели, характеризующие содержание воды и твёрдого в полезном ископаемом и продуктах его обогащения.

Учебное пособие состоит из шести разделов. В каждом разделе содержится теоретическая часть, после которой рассматриваются практические задачи обогащения полезных ископаемых

иразбираются конкретные примеры их решения, а в конце раздела приводятся контрольные вопросы для проверки степени усвоения материала.

При работе с учебным пособием рекомендуется ознакомиться

стеоретическим материалом, изложенным в учебниках, справочниках и стандартах, приведенных в библиографическом спи-

4

ске, изучить теоретическую часть каждого раздела, усвоить варианты практического применения знаний и умений, разобрав примеры, и ответить на контрольные вопросы.

5

1.  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ. КРИВЫЕ ОБОГАТИМОСТИ

Полезные ископаемые обогащают на обогатительной фабрике в соответствии с технологическими схемами. В результате обогащения полезных ископаемых на обогатительной фабрике производят товарные продукты – концентраты, и отходы производства – хвосты [1, 2].

Производственная деятельность обогатительной фабрики характеризуется следующими технологическими показателями обогащения полезных ископаемых – производительностью по руде, количеством производимого концентрата, выходом продуктов обогащения, массовой долей (содержанием) ценных и примесных компонентов в них, извлечением ценных и примесных компонентов в продукты обогащения, степенью концентрации, степенью сокращения, эффективностью обогащения и др. [1, 2].

Показатели обогащения полезных ископаемых подразделяют на количественные и качественные.

Качественные показатели обогащения

1.  Массовая доля (содержание) ценного компонента в полезном ископаемом или продукте его обогащения – отношение массы ценного компонента к массе полезного ископаемого или продукта обогащения. Содержание ценного компонента в руде a, концентрате bк и хвостах обогащения bхв рассчитывают по следующим формулам:

6

гдеmц.к(р), mц.к(к) и mц.к(хв) – масса ценного компонента в руде, концентрате и хвостах обогащения соответственно;

M, mк и mхв – масса руды, концентрата и хвостов обогащения соответственно.

Например, массовая доля меди в медной руде может составлять 0,6…1,2 %, а массовая доля железа в гематитовой руде – 30…51 %.

Массовая доля примесного компонента оценивается по тем же формулам, только в числитель вместо массы ценного компонента подставляют массу примесного компонента в соответствующем продукте.

2.  Для оценки качества угля и продуктов его обогащения используют зольность Ad, означающую массовое содержание в угле или продуктах его обогащения несгораемого при сжигании угля остатка (золы):

гдеmз – масса золы в угле или продуктах его обогащения; m – масса угля или продукта его обогащения.

Массовая доля ценного компонента в концентрате должна значительно превышать массовую долю ценного компонента в полезном ископаемом, поступающем на обогащение, а содержание ценного компонента в хвостах обогащения должно быть существенно меньше. Требования к качеству концентратов (кондиции) устанавливаются в государственных стандартах (ГОСТ), технических условиях (ТУ) или временных нормах [3–8]. К качеству товарных концентратов кроме массовой доли ценного компонента преъявляются требования по содержанию вредных примесей, гранулометрическому составу, влажности и др.

При обогащении полезных ископаемых образуются промежуточные продукты (промпродукты), массовая доля ценного компонента в которых меньше, чем в концентрате, но выше, чем в хвостах, поэтому промпродукты возвращают в технологический процесс, где их дообогащают.

7

Количественные показатели обогащения полезных ископаемых

1.  Производительность по руде Q – количество переработанной руды в единицу времени; единицы измерения – [т/год], [т/сут], [т/ч], [м3/сут], [м3/ч].

Производительность по руде зависит от типа обогащаемого полезного ископаемого, запасов месторождения и срока его эксплуатации, востребованности концентрата, производственного плана обогатительной фабрики и других факторов. Например, на обогатительных фабриках, перерабатывающих руды цветных металлов, Q = 2…10 млн т/год, а на фабриках, обогащающих железные руды, Q = 10…30(50) млн т/год.

2.  Количеством q производимого концентрата или продукта обогащения называют его массу, производимую в единицу времени; единицы измерения – [т/год], [т/сут], [т/ч].

3.  Выход концентрата или продукта обогащения – это отношение его количества к количеству руды, из которой он был произведён:

При обогащении руд цветных металлов выход концентрата может составлять от нескольких процентов до 10…15 %, а для железных руд и угля – десятки процентов.

В более широком смысле выходом продукта обогащения называют отношение его массы к массе руды, выраженное в процентах или долях единицы.

4.  Извлечение ценного компонента в продукт обогащения – это отношение массы ценного компонента, перешедшего в продукт обогащения, к массе этого ценного компонента в полезном ископаемом до обогащения:

гдеmц.к(прод) – масса ценного компонента в продукте обогащения; mц.к(р) – масса ценного компонента в руде.

8

Извлечение ценного компонента показывает полноту его перехода из руды в продукт обогащения и вместе с массовой долей и выходом является основными показателями обогащения полезных ископаемых. Между основными технологическими показателями обогащения существует связь [1]:

гдеei и bi – соответственно извлечение и содержание ценного компонента в i-м продукте обогащения;

a – содержание ценного компонента в руде.

Эффективность обогащения полезного ископаемого η чаще всего оценивают по формуле Ханкока – Люйкена [1]:

Показатели обогащения в формулу (1.8) подставляют в процентах.

При η<25 % процесс обогащения неэффективен, при η≥50 % процесс эффективен, а при η ≥ 75 % обеспечивается высокая эффективность процесса обогащения полезного ископаемого.

Дополнительными технологическими показателями обогащения служат степень концентрации и степень сокращения.

Степень концентрации (степень обогащения) C показывает, во сколько раз содержание ценного компонента в концентрате выше его содержания в полезном ископаемом до обогащения:

Например, если при обогащении медной руды, содержащей 1,2 % меди, произведён медный концентрат с содержанием меди 30 %, то степень концентрации C = 25.

Степень сокращения R показывает, во сколько раз выход произведённого концентрата меньше выхода переработанной руды, и позволяет оценить количество руды, которое необходимо переработать, чтобы получить 1 т концентрата:

9

На технологические показатели и эффективность обогащения полезных ископаемых влияют минеральный состав полезных ископаемых, крупность вкрапленности минералов, физико-механические свойства горных пород, принятая технология их обогащения, в том числе принятая технологическая схема, используемое оборудование и режимы его работы, реагентные режимы, содержание твёрдого в пульпе и пр.

Пример  1.1

Обогатительная фабрика перерабатывает медную руду с массовой долей меди 1 %. Производительность обогатительной фабрики по руде составляет 800 т/ч. Рассчитать эффективность обогащения медной руды и степень сокращения, если обогатительная фабрика производит 40 т/ч медного концентрата при извлечении в него меди 87 %.

Дано: a = 1 %; Q = 800 т/ч; qк = 40 т/ч; eк = 87 %.

Определить: η, R. Решение

1.  Рассчитываем выход концентрата:

γк = qQк 100 %= 80040 100 %=5 %. 2.  Степень сокращения составит:

R =100 =100 =20.

γк 5 3.  Эффективность обогащения:

η=100εк −−γкα100 %=10087 −−51100 %=82,8 %. Ответ: η = 82,8 %, R = 20.

Пример  1.2

Рассчитать выход свинцового концентрата и извлечение в него свинца, если массовая доля свинца в руде составляет 2,5 %, а в концентрате – 56 %. Производительность обогатительной фабрики по свинцовой руде составляет 15 000 т/сут, а производство концентрата – 600 т/сут.

Дано: a= 2,5 %; bк = 56,0 %; Q = 15 000 т/сут; qк = 600 т/сут.

Определить: gк, eк.

10