Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы технологии переработки руд. Учебное пособие
.pdf
2.3 Переработка и обогащение (концентрирование) полезных ископаемых
Для повышения содержания в сырье полезных элементов и удаления пустой
породы, а иногда и вредных примесей сырье подвергают концентрированию –
обогащению.
Обогащение облегчает технологию переработки сырья, повышает технико-
экономические показатели производства, обеспечивает экономию транспортных
расходов. С развитием методов обогащения сырья появилась возможность
использовать в промышленности сырье, бедное по содержанию полезных
элементов.
Методы обогащения сырья
Современные методы обогащения сырья весьма разнообразны. Наиболее
важные методы обогащения (концентрирования) – это механический, термический,
химический, электромагнитный, флотационный (физико-химический). Остановимся
кратко на каждом из них.
Механический метод концентрирования твердых минеральных видов - это
грохочение, гравитационное обогащение.
Грохочение основывается на прочности минералов. Прочные минералы
исходного сырья при размельчении дробятся на более крупные осколки, по
сравнению с минералами менее прочными. После просева измельченного сырья
сквозь грохота (сита) с определенной величиной отверстий, с различных сит
получают определенные фракции, в которых сконцентрированы те или иные
минеральные зерна. Этот вид обогащения применим и в случаях необходимости
разделения по крупности кусков однородного материала, например кокса.
Сущность гравитационного обогащения базируется на различных скоростях
падения зерен, обладающих различной плотностью либо крупностью, в потоке
31
жидкости. Обычно применяют воду – это называется мокрым обогащением. В
случае применения воздуха – сухим обогащением.
Термический метод – это метод обогащения сырья, основанный на различной
плавкости его составных веществ. Так, например, выплавление серы из серных руд
происходит при температуре 113 °С – 119 °С (температура плавления серы), в то
время как температуры плавления пустой породы гораздо выше.
Химические методы. Разработаны ряд методов химического обогащения
сырья. Сущность методов заключается в избирательной растворимости
компонентов, входящих в состав сырья в различных растворителях, а также в
различиях при химических реакциях веществ сырья с химическими реагентами и
дальнейшим отделением образовавшихся в ходе взаимодействия новых соединений.
Это достигается осаждением, испарением, плавлением и др. Так, например,
выделяют хлористый калий (КСl) из сильвинита, добывают медь методом
подземного выщелачивания и др.
В основе электромагнитного метода – это различная магнитная
проницаемость твердых компонентов сырья. Этот метод применяют для обогащения
магнитных железняков в металлургической промышленности.
Флотационный метод или физико-химический основывается на различной
смачиваемости водой минеральных компонентов. Смачивающиеся водой минералы
называются гидрофильными, они при этом тонут (оседают на дно) в флотационной
машине. Не смачивающиеся водой минералы называются гидрофобными, они
прилипают к пузырькам воздуха, который проходит сквозь пульпу, и выносятся к
поверхности вместе с пеной, то есть флотируются. При этом образуется
минеральная пена, называемая концентрат.
Для того чтобы процесс флотации проходил эффективно необходимы условия
для неодинаковой смачиваемости водой зерен минералов, которые необходимо
разделить. Для этого в пульпу добавляют так называемые флотореагенты. Они
способствуют пенообразованию и называются пенообразователи, вспениватели,
собиратели, коллекторы, депрессоры, активаторы, регуляторы. Обычно расход
флотореагентов лежит в пределах от 50 до 500 г на 1 т флотируемой руды.
32
Флотацию применяют для обогащения медной сульфидной руды Оренбургской
области, в восточной части известны ряд медно-колчеданных месторождений. Так
для обогащения руды ценными медными минералами применяют флотацию на
горно-обогатительных комбинатах (ГОКах) области и всего Уральского региона.
Другой пример – флотация сильвинита (смесь хлоридов калия и натрия).
Обычно, в основе разделения этих солей лежит их различная растворимость.
Однако, используют и флотационный метод
Следует отметить основные экономические показатели процесса флотации –
это выход концентрата, степень извлечения, степень обогащения или
концентрирования.
Выход концентрата – это есть отношение массы полученного концентрата к
массе взятой руды. Выражается в процентах или в долях до 1.
Степень извлечения – это процентное отношение массы извлеченного
элемента в концентрате к его массе в руде.
Степень обогащения – отношение процентного содержания элемента в
концентрате к содержанию его в исходной руде [23].
2.4 Вопросы и упражнения
1. Предмет технологии переработки руд. Основные задачи технологии.
2. Дайте определение понятий «технологический процесс» и
«технологическая схема производства». Укажите типы технологических процессов
и схем.
3. Укажите основные методы концентрирования сырья.
4. На чем основан флотационный метод обогащения сырья? Сущность
метода и области его применения.
5. Назовите важные экономические показатели процесса флотации. Дайте
им определение. Приведите примеры.
33
6. Приведите примеры комплексного использования сырья и отходов
производства в отраслях промышленности.
7. Сколько тонн железной руды потребуется для выплавки 1000 т
передельного чугуна, содержащего 92,5 % железа? По аналитическим данным,
железа в руде 62 %.
Ответ. 1492 г.
8. Сколько тонн руды (Fe
Оз), кокса и флюса (СаСОз) потребуется для
2
выплавки 1500 т литейного чугуна, содержащего 94,1 % Fe? Шихта для выплавки
чугуна содержит 62,5 % руды, 25 % кокса и 12,5 % флюса. Железа в руде 58 %.
Ответ. Руды 2433,6 г; кокса 973,4 г; флюса 486,7 г.
9. Рассчитать, какое количество железной руды, кокса и флюса в тоннах
потребуется для приготовления шихты, чтобы полностью загрузить доменную печь,
полезный объем которой 3000 м3. Состав шихты для выплавки чугуна: руды 62,5 %,
кокса в 2,5 раза меньше, чем руды, и флюса (СаСО
) в 2 раза меньше, чем кокса.
3
Ответ. Железной руды 5067,5 г; кокса 2027,0 т; флюса 1013,5 т.
10. Сколько нужно взять кальцинированной соды, мела и кварцевого песка
для производства 100 кг оконного стекла состава Na
0*Ca0*6Si02?
2
Ответ. 22,2 кг Na2CO3; 20,9 кг СаСО3; 75,3 кг SiO2.
11. Сколько нужно взять поташа, содержащего 80 % К
2СО3
, мела,
содержащего 90 % СаСО
стекла состава: K
O * CaO * 6SiO2?
2
, и песка, содержащего 95 % SiO
3
, для получения 300 кг
2
Ответ. 101,4 кг поташа; 65,3 кг мела; 222,9 кг песка.
12. Получен портландцемент следующего химического состава: СаО -65 %,
SiO2 – 25 %, Аl2O3 - 5,5 %, Fe2O3 - 1,5 %, MgO - 0,5 %, прочие примеси — 2,5 %.
Каков был состав шихты по СаСО
и глине для производства 1 т цемента данного
3
состава? Цемент получен путем обжига шихты, содержащей известняк (состав: 95,1
% СаСО
А1
2O3
, 1,5 % MgCO3 и 3,4 % пустой породы) и глину (состав: 50 % SiO2, 36,6 %
3
, l,9 % Fe2O3 и 11,5 % Н2O).
Ответ. Состав шихты: известняк - 1220,56 кг; глина - 500 кг.
13. При смешивании портландцемента с водой трехкальциевый силикат,
34
или алит, 3CaO * SiO2 которого в цементе 60 %, гидролитически диссоциирует с
образованием гидроокиси кальция Са(ОН)
и гидросиликата кальция YCaO * SiO2 *
2
mH2O:
ЗСаО * SiO2 + nH2O→ХСа (ОН)2+YCaO * SiO2 * mH2O
Определить, какое количество воды (в кг) потребуется для гидратации алита,
содержащегося в 1 т цемента, при Х=2, Y= 1, m=3.
Ответ. 155,2 кг.
14. Какое количество каменного угля подвергли коксованию, если получено
130 т бензола, 36 т толуола и 8 т ксилола? Какое количество сульфата аммония при
этом получено? Выход сырого бензола составляет 1,2 %, сульфата аммония - 1,3 %.
Из сырого бензола получают 65 % бензола, 18 % толуола и 4 % ксилола. Потери
сульфата аммония составляют 3 %.
Ответ. Коксованию подвергли 16 666,7 т каменного угля, при этом получено
210,2 т (NH
4)2SO4
.
15. Современные коксовые батареи состоят из 75 камер,
производительность каждой камеры 30 т кокса в сутки. Рассчитать: а) годовой (на
365 дней) расход каменного угля;
б) количество полученного кокса в сутки; в) коксового газа (в нм3/сут); г)
каменноугольной смолы (в т/сут), если выход продуктов коксования составляет:
кокса – 75 %, каменноугольной смолы – 4 % (от количества загруженного угля) и
коксового газа - 315 нм3 на 1 т угля.
Ответ. Годовой расход каменного угля 1092,3 тыс. т; кокса получают
2244 т/сут, коксового газа - 943*10
3нм3
/сут, каменноугольной смолы - 120 т/сут.
Пример выполнения расчетного задания (8). Проектируется строительство
доменных печей объемом 5000 м
3
. Производительность их достигнет 10 - 12 тыс. т
чугуна в сутки. Вычислите, какое количество железной руды, кокса и флюса (в т)
потребуется для приготовления шихты, чтобы загрузить такую доменную печь.
Шихта включает 62,5 % (масс) руды, 25 % кокса, 12,5 % флюса.
35
Решение. Предположим, что масса шихты равна 1 т. Тогда в ней содержится
625 кг руды, 250 кг кокса и 125 кг флюса.
Вычислим объем, который занимают 1000 кг шихты.
где V – объем; m – масса; р – плотность. Плотность компонентов шихты
находим по таблице (см. приложение 5). Плотность руды – 5200 кг/м3, кокса – 1250
кг/м3, флюса (СаСО
объем кокса
объем флюса
Общий объем 1000 кг шихты составит:
Для загрузки доменной печи объёмом 5000 м
) – 2650 кг/м3. Отсюда, объем руды равен:
3
625 : 5200 ≈ 0,12 (м
250:1250 = 0,2 (м
3
)
3
)
125 : 2650 ≈ 0,05 (м3).
0,12 + 0,2 + 0,05 = 0,37 (м
3
).
3
шихты потребуется:
5000 м
3
: 0,37 м3/т = 13 513,5 т.
Количество каждой составляющей шихты будет равно:
Руды 13 513,5 т * 0,625 ≈ 8445,9 т.
Кокса 13 513,5 т * 0,250 ≈ 3378,4 т.
Флюса 13 513,5 т * 0,125 ≈ 1689,2 т.
36
Где 0,625, 0,25 и 0,125 – содержание соответствующего компонента в руде [3].
2.5 Тестовые задания
1 Минеральным сырьем называют все виды полезных ископаемых,
добываемые из земной коры:
- руды;
- нерудное сырье;
- горючие ископаемые – уголь, нефть, газ, а также продукты их переработки;
- вода и воздух;
- все перечисленные;
- все перечисленные, кроме воды и воздуха.
2 Вторую группу сырья составляют
- руды;
- нерудное сырье;
- горючие ископаемые – уголь, нефть, газ, а также продукты их переработки;
- вода и воздух.
3 Основные направления в решении проблемы химического сырья:
- изыскания и применение более дешевых видов сырья;
- применение концентрированного сырья;
- комплексное использование сырья;
- замена пищевого сырья непищевым .
4 В настоящее время известно много методов обогащения сырья, важнейшие
из них следующие:
- механический;
- термический;
- химический;
- электромагнитный;
37
- флотационный или физико-химический;
- все перечисленные.
5 Механический метод обогащения твердых минералов включает
- грохочение;
- гравитационное обогащение;
- все перечисленные.
6 Важнейшие экономические показатели процесса флотации:
- выход концентрата (η
), т.е. отношение веса полученного концентрата к
к
весу взятой руды в процентах;
- степень извлечения, т.е. процентное отношение веса извлеченного элемента
в концентрате к его весу в руде;
- степень обогащения (концентрации), т.е. отношение процентного
содержания элемента в концентрате к содержанию его в исходной руде.
7 Укажите достоинства методов обогащения
- облегчает технологию переработки сырья;
- повышает технико-экономические показатели производства;
- обеспечивает экономию транспортных расходов;
- появилась возможность использовать в промышленности сырье, бедное по
содержанию полезных элементов;
- все перечисленные [24].
3 Основные понятия и законы
Под основными понятиями и законами современной химической технологии
следует понимать основы и закономерности химии, физики, технических наук,
лежащие в основе физико-химических процессов технологий перерабатывающих
производств. Значение различных металлов в народном хозяйстве страны велико.
38
Поэтому возникает необходимость рассмотреть в данном пособии и строение
атомов, и металлическую связь, и свойства металлов [3]. Это определяет формы
нахождения металлов в природе и служит основой для выбора способа их
дальнейшей переработки. Важное значение имеет применение научных принципов
современной технологии переработки руд.
3.1 Основные физико-химические понятия и законы
Необходимо определить некоторые понятия, термины и величины, понимание
и применение которых помогает производить технологические расчеты.
Начнем с атомов. Атом – это мельчайшая частица вещества (микрочастица),
наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. В
химических процессах атомы – неделимые частицы. Известно, что каждому
химическому элементу соответствует определенный вид атомов, обозначаемый
химическим символом. Атомы могут находиться в свободном и в связанном
состояниях. Атомы связываются меду собой с образованием различных веществ
различных агрегатных состояний. Все свойства атома (масса, размеры, валентность,
окислительные, восстановительные свойства, электроотрицательность и другие)
есть результат его строения.
Молекула состоит из атомов и представляет собой наименьшую частицу
вещества, обладающую его основными химическими свойствами. Атомы в молекуле
находятся в определенной последовательности и определенным образом
расположены в пространстве.
Масса атома mа(Х) выражается в килограммах, граммах:
m
(Н) = 1,67
а
.10-27
кг или 1,67
.
10
-24
г;
m а (О) = 2,67 . 10
-26
кг или 2,67 . 10
-23
г.
39
Понятно, что использовать такие числа в расчетах неудобно. Поэтому
;../)()( мeaXmXАr
a
,
...
)(
)(
мea
Xm
XMr
M
18
106671
1000,3
)(
27
26
2
кгб
кг
OHМr
используют относительные значения масс атомов.
Атомная единица массы (а.е.м.) – это 1/12 массы атома изотопа углерода 12С:
1а.е.м. = 1/12ma(C) = 2,0 . 10
-23
г/12 = 1,667 . 10
-2 4
г.
Относительная атомная масса Аr – величина, равная отношению средней
массы атома естественного изотопического состава mа(Х) к атомной единице массы
(а.е.м.):
Аr (О) = 2,67 . 10
-23
г /1,667
.
10
-24
г = 16.
Относительная молекулярная масса Мr(Х) – это величина, равная отношению
средней массы молекулы естественного изотопического состава вещества к атомной
единице массы:
Как видно из приведенных выше примеров, относительная атомная и
молекулярная массы показывают, во сколько раз масса атома данного элемента и
масса молекулы данного вещества больше одной а.е.м.
Моль – количество вещества, содержащее столько же структурных единиц,
сколько содержится атомов в 0,012 кг изотопа углерода 12С. Число атомов в 1 моле
12
С равно числу Авогадро 6,02
соответственно 1 моле любого вещества: О
.
10
23
; такое же число молекул и ионов содержится
, Н
и в 1 моле ионов Са+2, Na+, Cl- и др.
2
2
Число молей в m г вещества, например, для воды (Н2О):
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]