Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы технологии переработки руд. Учебное пособие
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Оренбургский государственный университет»
Г.А. Пономарева, В.П. Петрищев
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ РУД
Учебное пособие
Рекомендовано ученым советом федерального государственного бюджетного
образовательного учреждения высшего образования «Оренбургский
государственный университет» для обучающихся по образовательной программе
высшего образования по специальности 21.05.02 Прикладная геология
2-е издание, переработанное и дополненное
Оренбург
2024
УДК 553:669.1(075.8)
ББК 26.34я73+34.3я73
П56
Рецензент - профессор, доктор геолого-минералогических наук
П.В. Панкратьев
Пономарева, Г.А.
П56 Основы технологии переработки руд: учебное пособие / Г.А. Пономарева,
В.П. Петрищев; Оренбургский гос. ун-т. – 2-е изд. доп. и перераб. - Оренбург:
ОГУ, 2024. – 191 с.
В учебном пособии систематизированы общие сведения и понятия о
требованиях промышленности к минеральному сырью, сырье, физико-химических
понятиях и законах, научных основах технологии переработки руд. Рассмотрены
основы технологии переработки металлических, неметаллических руд и
минеральных удобрений, также возможности использования техногенных отходов в
качестве рудного сырья. В конце каждой главы приведены задачи и упражнения и
тестовые задания.
Учебное пособие предназначено для обучающихся по образовательной
программе высшего образования по специальности 21.05.02 Прикладная геология
УДК 553:669.1(075.8)
ББК 26.34я73+34.3я73
ISBN
© Пономарева Г.А.,
Петрищев В.П., 2024
© ОГУ, 2024
2
Содержание
Введение ............................................................................................................................ 6
1 Требования промышленности к минеральному сырью ............................................... 8
1.1 Понятие «геолого-промышленные типы месторождений полезных
ископаемых» ..................................................................................................................... 8
1.2 Требования, предъявляемые к минеральному сырью в промышленности ........ 15
1.2.1 Минимальное промышленное содержание ........................................................ 18
1.2.2 Понятие бортового содержания ........................................................................... 21
1.3 Вопросы и упражнения ............................................................................................ 25
1.4 Тестовые задания ...................................................................................................... 25
2 Сырье ............................................................................................................................ 27
2.1 Химическое сырье .................................................................................................... 27
2.2 Классификация сырья .............................................................................................. 29
2.3 Переработка и обогащение (концентрирование) полезных ископаемых ........... 31
2.4 Вопросы и упражнения ............................................................................................ 33
2.5 Тестовые задания ...................................................................................................... 37
3 Основные понятия и законы ....................................................................................... 38
3.1 Основные физико-химические понятия и законы ................................................ 39
3.2 Строение атомов ....................................................................................................... 45
3.3 Металлическая связь ................................................................................................ 48
3.4 Свойства металлов .................................................................................................... 51
3.5 Вопросы и упражнения ............................................................................................ 59
3.6 Тестовые задания ...................................................................................................... 60
4 Научные основы химической технологии ................................................................ 62
3
4.1 Важнейшие научные принципы технологии переработки ................................... 62
4.2 Химическое равновесие в гетерогенных системах ............................................... 74
4.3 Химическая кинетика ............................................................................................... 81
4.4 Энергетика химических процессов ........................................................................ 89
4.5 Термохимические расчеты. Характеристики реакционной способности веществ
.......................................................................................................................................... 93
4.6 Вопросы и упражнения ............................................................................................ 98
4.7 Тестовые задания .................................................................................................. 99
5 Основы технологии переработки металлических руд. Металлургические
процессы .......................................................................................................................................................................... 101
5.1 Металлические руды .......................................................................................... 102
5.2. Металлургические процессы ................................................................................ 106
5.2 Физико-химические основы восстановления металлов из руд ...................... 108
5.4 Производство алюминия ........................................................................................ 114
5.5 Черные металлы ...................................................................................................... 126
5.5.1 Масштабы производства черных металлов ...................................................... 126
5.5.2 Общая схема производства черных металлов .................................................. 133
5.5.3 Производство чугуна Теоретические основы и технологическая схема
доменного процесса...................................................................................................... 134
5.5.4 Производство и обработка стали ....................................................................... 144
5.6 Контрольные вопросы и упражнения ................................................................... 149
5.7 Тестовые задания .................................................................................................... 150
6 Технология переработки неметаллических руд ..................................................... 152
6.1 Производство серной кислоты. Сырье. ................................................................ 152
6.2 Производство серной кислоты из флотационного колчедана ........................... 156
4
6.3 Производство серной кислоты из серы ................................................................ 159
6.4 Производство серной кислоты из сероводорода ................................................. 161
6.5 Основы технологии производства минеральных удобрений ............................. 164
6.6 Вопросы и упражнения .......................................................................................... 174
6.7 Тестовые задания .................................................................................................... 174
7 Возможности использования техногенного сырья ................................................... 178
7.1 Ландшафтно-геохимические особенности техногеосистемы Гайского
месторождения ................................................................................................................. 178
7.2 Обзор возможных способов выщелачивания цветных металлов из отвально-
карьерных комплексов медноколчеданных месторождений ...................................... 182
Список использованных источников ............................................................................ 186
5
Введение
Настоящее пособие представляет собой сборник наиболее представительных
теоретических вопросов, практических заданий, а также упражнений, расчетных
задач и тестов по лекционному курсу дисциплины «Основы технологии переработки
руд». Пособие предназначено для студентов, обучающихся по программам высшего
профессионального образования по специальности 21.05.22 – Прикладная геология.
Для лабораторных работ по дисциплине «Основы технологии переработки
руд» можно воспользоваться методическими указаниями (Пономарева, Г.А. Основы
технологии переработки руд: [Электронный ресурс] методические указания / Г.А.
Пономарева; Оренбургский гос. ун-т. – Оренбург: ОГУ, 2017. – 41 с. – Режим
доступа: http://artlib.osu.ru/web/books/metod_all/35401_20170310.pdf).
Настоящее учебное пособие составлено с учетом Федерального
государственного образовательного стандарта высшего образования по
специальности 21.05.22 «Прикладная геология» и в соответствии с рабочей
программой дисциплины «Основы технологии переработки руд».
Данное учебное пособие охватывает основные наиболее важные разделы
программы курса «Основы технологии переработки руд» (требования
промышленности к минеральному сырью, классификация сырья, методы
обогащения, основные физико-химические понятия и законы, научные основы
технологии переработки руд, основы технологии переработки металлических и
неметаллических руд на примерах основных крупнотоннажных производств).
Пособие написано по единому плану с использованием авторских данных при
изучении закономерностей распределения благородных металлов на территории
платформенного и складчатого Оренбуржья [14-20 и патент РФ № 2409810], что
важно в настоящее время при изучении техногенных месторождений и
распределения промышленно значимых металлов в них (в отвалах, в отходах,
техногенных водах затопленных карьеров, подотвальных ручьев и т.д.), а также
данных, полученных при изучении экологических последствий разработки
медноколчеданных месторождений в степной зоне Южного Урала и складчатой
6
Восточной зоне, а также оценки потенциального воздействии горнодобывающего
производства на городские ландшафты [1, 4, 11, 12]. В новом варианте пособия
рассмотрены также возможности использования техногенных отходов в качестве
рудного сырья как нетрадиционных типов полезных ископаемых, что является
востребованным не только в Уральском регионе, но и в стране в целом. Часть
материала для пособия собрана в рамках студенческого конструкторского бюро СКБ
№21.05.02 и исполнения гранта РНФ «Анализ формирования техногенных
геосистем в результате разработки рудных месторождений в Оренбургской области
в целях рационализации рекультивационных мероприятий».
Каждая глава пособия содержит тематические теоретические сведения,
вопросы и упражнения, задачи, индивидуальные задания по вариантам, тестовые
задания по каждой теме и образцы решения некоторых типовых задач.
В предлагаемом пособии реализуются индивидуальные подходы к обучению
по дисциплине «Основы технологии переработки руд». Предложено выполнение
конкретных заданий по каждой теме, приведены индивидуальные задания по
вариантам, что позволяет организовать независимую самостоятельную
дифференцированную работу студентов. Тестовые задания позволяют осуществлять
оперативный контроль в учебном процессе, как текущий, так и итоговый. Авторы
полагает, что такие подходы будут способствовать расширению и углублению
знаний по данной дисциплине, установлению междисциплинарных связей, а также
нацеливать студентов на решение вопросов практики.
Список литературы охватывает только основные фундаментальные и
обобщающие работы, а также авторские учебно-методические и научные работы.
Авторы выражают благодарность профессору кафедры геологии, геодезии и
кадастра, доктору геолого-минералогических наук, профессору П.В. Панкратьеву за
обстоятельное рецензирование рукописи.
Для студентов геологических специальностей, геологов, технологов и
работников геологоразведочных организаций.
Авторы
7
1 Требования промышленности к минеральному сырью
1.1 Понятие «геолого-промышленные типы месторождений полезных
ископаемых»
В современном мире одной из глобальных проблем человечества
представляется приближающийся дефицит полезных ископаемых. При этом
происходит резкое возрастание спроса, а значит и стоимости одних видов
минерального сырья и уменьшение – других. Конечно, известные геолого-
промышленные типы месторождений минерального сырья все еще играют ведущую
роль, являясь сырьем для различных отраслей промышленности. Однако в
настоящее время происходит снижение качества рудного сырья, обнаружение
крупных и сравнительно доступных (имеются в виду горно-геологические условия
разработки) месторождений является проблематичным. В этой связи отходы горно-
рудных производств представляются возможными источниками полезных
компонентов, поскольку зачастую по показателям качества минерального сырья они
близки и бедным рудам и нерудному сырью [22, 23]. Поэтому в этой главе сначала
рассмотрим понятие «геолого-промышленные типы месторождений полезных
ископаемых», а затем остановимся на нетрадиционных минерально-сырьевых
ресурсах техногенного происхождения на примере отвально-карьерных комплексов
медноколчеданных месторождений Южного Урала.
В практике геологоразведочных работ значительную роль играют рудноформационные и геолого-промышленные типизации месторождений.
Под рудными формациями понимают виды месторождений, проявлений,
которые имеют сходный элементный и минеральный состав полезных компонентов,
обнаруживаются в сходных геологических обстановках, приуроченных к
определенным геологическим формациям (или к конкретной геологической
формации). Структурные условия, способствующие накоплению рудного вещества
8
также должны быть однотипными.
Классификации рудных формаций (рудно-формационные) составляются с
учетом самых разнообразных геологических обстановок месторождений, что
определяется различными геотектоническими позициями месторождений и
проявлений, а также соответствующим этим обстановкам ассоциациям горных
пород, полезных ископаемых. Этим, в свою очередь, определяются особенности
поисковых критериев и признаков. Именно поисковые критерии и признаки
отвечают целям поисков.
Природные типы месторождений весьма разнообразны. Однако относительно
небольшое количество их играет важную роль в промышленности. Большая часть
минерального сырья во всем мире извлекается из очень немногих природных типов
месторождений полезных ископаемых. Геолого-промышленными типами
месторождений считаются те, которые являются главными поставщиками
определенного вида руд для экономики. Таким образом, не все рудные формации
имеют промышленную значимость. Под основными мировыми геологопромышленными типами принято считать те, доля которых в мировом балансе
добычи составляет не меньше 1 %. Следует отметить, что отдельные геологопромышленные типы месторождений в минерально-сырьевой базе (МСБ)
различных полезных ископаемых имеют разное значение. Поэтому принято
выделять главные (на их долю приходится более 5 – 10 % добычи (или запасов)
данного полезного ископаемого, и второстепенные (на их долю приходится, как
правило, меньше 2 – 2,5 %). Необходимо учитывать, что в МСБ отдельных стран в
качестве главных геолого-промышленных типов могут выступать такие типы, роль
которых в мировом балансе добычи не существенна и наоборот. Приведем такой
пример. Доля стратиформных Pb-Zn месторождений в карбонатных формациях в
мировой МСБ составляет 15,6 % запасов Pb и 17 % Zn, в то время как в РФ – только
порядка 2,5 % Pb и Zn.
В основу классификации промышленных типов рудных месторождений
положены следующие важные признаки (В.И. Смирнов):
1) генетический класс;
9
2) структура месторождения, которая определяет морфологию и участки
расположения рудных тел;
3) минеральный состав руды;
4) вещественный состав околорудных пород.
Похожий принцип применяется при классификации и всех типов
месторождений.
Типизация геолого-промышленных типов месторождений основывается на
требованиях промышленности к минеральному сырью, а также к результатам
геологоразведочных работ (ГРР). Вполне естественно, что рудно-формационные и
геолого-промышленные классификации месторождений минерального сырья не
совпадают. Следует учитывать, что рудно-формационные классификации
преследуют цели поисков месторождений, в то время как геолого-промышленные
классификации играют важную роль при поисковых, а также поисково-оценочных и
разведочных работах.
Однако значимость всех геолого-промышленных типов месторождений может
меняться. Отработанные типы месторождений теряют свою значимость как
основных источников полезных компонентов, например, железорудные
месторождения зон окисления колчеданных месторождений Урала и восточной
части Оренбургской области в частности, так называемые «Железные шляпы». В
свое время, после разработки таких участков прекратил свое существование
промышленный тип – месторождения малахита, которые были широко известны на
Урале.
Наряду с исчезающими месторождениями возникают новые промышленные
типы месторождений. Они могут появляться при открытии новых типов
месторождений. Сравнительно не так давно возник новый тип золоторудных
месторождений, который получил название Карлинский, выделенный
американцами, которые скептически относятся к выделению новых типов
месторождений. Возникает вопрос, почему они пошли на это? Дело в том, что была
открыта новая минерализация золота, представленная выделениями золота
микронного размера, имеющая вместе с тем повышенные концентрации металла –
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]