Обогащение полезных ископаемых решение практических задач. Учебное пособие

Решение

1.  Рассчитаем выход концентрата:

γк = qQк 100 %=15600000100 %=4 %.

2.  Рассчитаем извлечение свинца в концентрат: εк = γкαβк = 42,556 =89,6 %.

Ответ: gк = 4 %, eк = 89,6 %.

Пример  1.3

Годовая производительность обогатительной фабрики составляет 8 млн т руды, массовая доля в ней цинка – 2,4 %. Какое количество руды необходимо переработать, чтобы произвести 100 тыс. т цинкового концентрата с содержанием цинка 54 %, если извлечение цинка в концентрат равно 90 %?

Дано: a= 2,4 %; bк = 54,0 %; Q = 8 млн т/год; qк = 100 тыс. т;

eк = 90 %.

Определить: Qx. Решение

1.  Используя уравнение связи основных технологических показателей обогащения, найдём выход концентрата:

γк = εβкα = 90 2,4 =4,0 %.

к54

2.  Из формулы расчёта выхода (1.5) выразим искомое количество руды:

Qx = qк 100 %=100 000100 %=2 500 000 т.

γк 4

или используя формулу (1.10) найдем R = 100/4 = 25, после чего требуемое количество концентрата умножим на степень сокращения: 100 000 25 = 2 500 000 т.

Ответ. Для производства 100 тыс. т цинкового концентрата необходимо переработать Qx = 2,5 млн т руды.

Зависимости между технологическими показателями обогащения полезных ископаемых часто изображают в виде графиков, называемых кривыми обогатимости. Кривые обогати-

11

мости нашли широкое практическое применение при оценке обогатимости угля (рис.  1.1). Обогатимостью называют способность угля разделяться в процессе его обогащения на продукты с заданными показателями качества [9]. Кривые обогатимости позволяют по известным показателям обогащения определить остальные, а также определить плотность разделения и возможность шихтовки. Кривые лёгких b и тяжёлых q фракций представляют собой графические зависимости выхода лёгких (gл) и тяжёлых (gт) фракций от их зольности. Кривая элементарных фракций l показывает зависимость между выходом лёгких фракций и зольностью элементарных слоев, а кривая плотности ρ описывает зависимость между выходом лёгких фракций и их граничной максимальной плотностью.

Рис.  1.1. Кривые обогатимости угля

Для построения кривых обогатимости сначала проводят фракционный­ анализ угля, заключающийся в разделении его на фракции разной плотности [10]. Для этого используют тяжёлые жидкости (органические жидкости, растворы хлористого цинка). Например, для фракционного анализа каменного угля плотность тяжёлых жидкостей может составлять 1,3…2,0 г/см3. Пробу угля сначала помещают в сосуд с тяжё-

12

лой жидкостью плотностью 2,0 г/см3, где фракции угля, плотность которых меньше плотности жидкости, тонут в ней, образуя тяжёлые фракции, а уголь, плотность которого меньше плотности жидкости, всплывает, образуя лёгкие фракции. После этого лёгкие фракции вынимают, а тяжёлые фракции помещают в следующую ёмкость с тяжёлой жидкостью меньшей плотности – 1,9 г/см3, и проводят аналогичное фракционирование, и так далее до последнего значения плотности тяжёлой жидкости 1,3 г/см3. После этого все тяжёлые и лёгкие фракции высушивают и взвешивают, затем рассчитывают выход каждой фракции:

i=1

гдеmi – масса i-й фракции;

M – масса пробы угля для фракционного анализа;

n – число фракций, полученных в результате фракционного анализа.

Кроме массы фракции при фракционном анализе определяют её зольность Ad. Предположим, что в результате фракционного анализа угля получены следующие результаты, представленные в табл.  1.1.

Суммарный выход всплывших (потонувших) фракций γ рассчитывают как сумму выходов соответствующих фракций g= Sgф.

13

Например, для третьей строки сверху в табл.  1.1 суммарный выход потонувших фракций составит 5,8 % + 1,2 % + 0,8 % + + 5,4 % = 13,2 %.

Суммарную зольность всплывших (потонувших) фракций рассчитывают как средневзвешенное значение:

Можно проводить фракционный анализ наоборот, начиная с минимальной плотности тяжёлой жидкости и переходя затем к жидкости большей плотности.

Фракционный анализ угля в гравитационном поле проводят вслучае,когдаегокрупностьпревышает1(0,5)мм(d>1(0,5)мм), а фракционный анализ тонкого угля и шламов (d ≤ 1(0,5) мм) проводят в центробежном поле.

Обогатимость угля по результатам фракционного анализа можно оценить, используя показатель обогатимости [11]:

гдеgпром и gп – выход фракций промпродукта и породы соответственно, %.

Уголь считают легкообогатимым, если T < 5 %, среднеобогатимым при T = 5…10 %, и труднообогатимым при T > 10 %. В случае когда T > 15 %, уголь относят к весьма труднообогатимым.

Для каменных углей к промпродуктовым относят фракции плотностью 1,5…1,8 г/см3, а для антрацитов – 1,8…2,0 г/см3. Фракции плотностью большей, чем промпродуктовые, относят к породе, а меньшей – к концентрату.

Например, выход промпродуктовых фракций, представлен-

ных в табл.  1.1, составит gпром = 2,0 %, а породных – gп = 5,8 %, поэтому T = 2,1 %. Поскольку T < 5 %, проба каменного угля

легкообогатима.

Результаты фракционного анализа можно представить в виде кривых обогатимости.

14

Контрольные вопросы

1.  Какие технологические показатели обогащения полезных ископаемых относят к качественным?

2.  Какие технологические показатели обогащения полезных ископаемых относят к количественным?

3.  Какие показатели обогащения руды относят к основным технологическим показателям?

4.  Что показывает извлечение ценного компонента в концентрат?

5.  Какой показатель используют для оценки качества обогащённого угля (рядового угля)?

6.  Что можно сказать об эффективности обогащения полезного ископаемого, если η = 65 %?

7.  В каких документах предъявляются требования к качеству концентратов обогащения полезных ископаемых?

8.  Какова крупность угля подвергаемого фракционному анализу в гравитационном поле?

9.  Что показывает степень сокращения при обогащении полезного ископаемого?

10.  Каково содержание меди в товарном медном концентрате?

11.  Какой формулой связаны основные технологические показатели обогащения полезных ископаемых?

12.  Какие показатели обогащения руды нужно знать, чтобы рассчитать эффективность обогащения по формуле Ханкока – Люйкена?

13.  Что называют обогатимостью полезного ископаемого? 14.  Что называют кривыми обогатимости, каково их назна-

чение?

15.  Каково назначение и в чём заключается фракционный анализ угля?

15

2.  РАСЧЁТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО БАЛАНСА: МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС И БАЛАНС ПО ЦЕННОМУ КОМПОНЕНТУ

Обогащение полезных ископаемых проводят по технологическим схемам, которые состоят из операций обогащения. В операции обогащения поступает полезное ископаемое (руда или нерудное сырье), а выходят продукты обогащения, при этом соблюдается материальный баланс и баланс по компоненту.

Материальный баланс заключается в том, что количество руды Qр, поступающей в операцию или схему обогащения, равно количеству руды, выходящей из неё с продуктами обогащения:

гдеqк и qхв – количество концентрата и хвостов соответственно; gр, gк и gхв – выход руды, концентрата и хвостов соответственно.

Баланс по компоненту означает, что количество компонента, поступившего в операцию обогащения, равно количеству компонента, вышедшего из неё с продуктами обогащения:

гдеa, bк и bхв – массовая доля компонента в руде, концентрате и хвостах обогащения соответственно.

Разделив выражение (2.4) на a, получим уравнение баланса по извлечению:

гдеeр, eк и eхв – извлечение компонента в руде, концентрате и хвостах обогащения соответственно.

Уравнения материального баланса и баланса по компоненту в операциях обогащения и технологической схеме должны

16

сходиться, что означает совместное их решение в виде системы простых линейных уравнений, составляющих технологический баланс:

Так как выход руды gр = 100 %, то из системы уравнений (2.6) получим выражения для расчёта выхода концентрата и хвостов:

β −α γхв = β к−β 100 %. (2.8)

к хв

Результаты расчёта технологического баланса представляют в табличной форме, пример которой для суточного технологического баланса свинца при обогащении свинцовой руды приведен в табл.  2.1.

Баланс металла (или баланс по компоненту для нерудного сырья) служит отчётным документом производственной деятельности обогатительной фабрики. Он может быть составлен за разные периоды времени работы: за смену – сменный баланс, за сутки – суточный баланс, за месяц – месячный баланс, за квартал – квартальный баланс, за год – годовой баланс. В каждый последующий баланс включаются результаты предыдущих, например суточный баланс составляется на основании сменных балансов и т.д.

17

Пример  2.1

Рассчитать содержание цинка в хвостах обогащения, если извлечение его в концентрат составляет 90 %, выход хвостов – 95 %, а содержание в исходной руде – 2 %.

Дано: a = 2 %; eк = 90 %; gхв = 95 %.

Определить: bхв. Решение

1.  Из уравнения материального баланса рассчитаем выход концентрата:

γк =100– γхв =100–95 =5,0 %.

2.  Зная, что извлечение цинка в руде равно 100 %, а в концентрате – 90 %, рассчитаем извлечение цинка в хвосты обогащения, используя уравнение (2.5):

εхв =100– εк =100–90 =10,0 %.

3.  Рассчитаем содержание цинка в хвостах обогащения, выразив его из формулы (1.7) связи между основными технологическими показателями обогащения:

βхв = εγхвα =10 2 =0,21 %.

хв 95

Ответ: bхв = 0,21 %.

Пример  2.2

Суточная производительность обогатительной фабрики составляет 20 000 т/сут. В результате обогащения руды на обогатительной фабрике произведён медный концентрат. По данным балансового опробования установлено, что массовая доля меди в концентрате, хвостах и руде составила 32,0; 0,05 и 1,2 % соответственно. Рассчитать основные технологические показатели обогащения руды. Проверить схождение материального баланса и баланса металла.

Дано: Q = 20 тыс. т/сут; a(Cu) = 1,2 %; b(Cu)к =32 %; b(Cu)хв = = 0,05 %.

Определить: gк, gхв, gр, qк, e(Cu)к, e(Cu)хв.

Решение

1.  Нарисуем схему обогащения медной руды (рис.  2.1).

18

Медная руда

Qр = 20 000 т/сут

γр = 100% α(Cu) =1,2% ε (Cu) р = 100%

Обогащение медной руды

Рис.  2.1. Схема обогащения медной руды (к расчёту технологического баланса)

2.  Запишем уравнения материального баланса и баланса металла в виде системы простых линейных уравнений:

Зная, что gр = 100 %, выразим из первого уравнения выход хвостов:

γхв = γр – γк =100– γк,

иподставим в уравнение баланса по меди:

γкβ(Cu)к +(100– γк )β(Cu)хв =100α(Cu).

После преобразований получим выражение для расчёта выхода медного концентрата и рассчитаем его:

Выход хвостов находим из уравнения материального баланса:

γхв =100– γк =100–3,6 =96,4 %.

3.  Количество производимого концентрата qк рассчитаем, выразив его формулы (1.5):

19

qк = γкQ = 3,6 20 000 =720 т/сут, 100 100

а количество хвостов найдём, используя формулу (2.1): qхв =Q – qк =20 000–720 =19 280 т/сут.

4.  Рассчитаем извлечение меди в концентрат и хвосты по формуле (1.7):

ε(Cu)к = γкαβ(Cu)к = 3,6 32 =96,0 %.

(Cu) 1,2

5.  Извлечение меди в хвосты обогащения найдём, используя уравнение (2.5):

ε(Cu)хв =ε(Cu)р – ε(Cu)к =100–96,0 =4,0 %.

6.  Так как правая и левая часть уравнений материального баланса и баланса металла равны друг другу, то технологический баланс сходится. Результаты расчёта представим в виде таблицы баланса металла (табл.  2.2).

Нанесём на схему рассчитанные показатели обогащения медной руды (см. рис. 2.1).

Пример  2.3

На обогатительную фабрику поступает рядовой уголь из трёх

лав: 1-я – Q1 = 200 т/ч, A1d = 17 %; 2-я – Q2 = 500 т/ч, A2d = 24 %; 3-я – Q3 = 300 т/ч, A3d = 22 %. В результате обогащения произ-

водят концентрат с зольностью 10 %. Рассчитать выход концентрата и зольность хвостов обогащения, если количество хвостов обогащения составляет 200 т/ч.

Дано: A1d = 17 %; A2d = 24 %; A3d = 22 %; Aкd = 10 %;

Q1 = 200 т/ч; Q2 = 500 т/ч; Q3 = 300 т/ч; Qхв = 200 т/ч.

20