3.3. Виды и способы первичной обработки сырья

Используемые в промышленности различные виды минерального и органического сырья требуют соответствующей подготовки. К числу основных видов первичной обработки сырья относят:

- обогащение сырья (руда в черной и цветной металлургии, уголь в коксохимическом производстве и др.);

- предварительная очистка и стандартизация сырья (зерно, хлопок, подсолнечник и т. д.);

- консервирование (мясо, рыба и др.).

Под обогащением понимают совокупность процессов первичной (механической) обработки минерального сырья, с целью отделения полезных минералов от пустой породы.

Обогащение сырья позволяет:

- повысить содержание полезного компонента в природном ископаемом;

- удалить вредные примеси;

- снизить расходы на транспортировку сырья к месту переработки;

- значительно расширить сырьевые запасы, так как обогащение дает возможность экономично перерабатывать бедные руды;

- обеспечить повышение качества готовой продукции.

В результате обогащения сырья получают два основных продукта: концентрат (фракция, обогащенная полезными компонентами) и отходы (хвосты). В настоящее время более 95 % добываемых цветных и редких металлов, большая часть полезных руд, почти все фосфатиты, асбестовые и графитовые руды, более 40 % угля идут на обогащение. Методы обогащения разнообразны и различны для твердого, жидкого и газообразного сырья.

Для твердого сырья применяют механические способы обогащения – рассеивание (грохочение), гравитационное разделение, электромагнитную и электростатическую сепарацию, а также физико-химический метод – флотацию.

Рассеивание применяют для разделения твердой породы, содержащей минералы различной прочности и образующей при измельчении зерна разной величины. Измельченное сырье пропускают через металлические сита с отверстиями разных размеров (грохоты). Происходит разделение на фракции, обогащенные определенным минералом.

Гравитационное обогащение основано на разной скорости падения частиц измельченного материала, имеющего различную плотность, форму и размеры в потоке жидкости или газа. Гравитационные способы применяют для обогащения сырья в производстве минеральных солей, силикатных материалов, металлургии.

Электромагнитное и электростатическое обогащение основано на различиях в магнитной проницаемости или в электрической проводимости компонентов сырья. Эти способы применяют для разделения магнитовосприимчивых частей и немагнитных, электропроводящих и диэлектриков. Разделение осуществляется в электромагнитных или электростатических сепараторах.

Флотация – широко распространенный способ обогащения, применяющийся для разделения сульфидных руд, отделения апатита от нефелина, обогащения каменных углей и многих других минералов. Флотация основана на различии в избирательной смачиваемости водой и прилипании частиц обогащаемого материала к пузырькам пропускаемого через пульпу воздуха. Процесс флотации осуществляется во флотационных машинах.

Для выделения ценных компонентов из жидкостей часто применяют экстракцию. Экстракция – процесс избирательного извлечения одного или нескольких компонентов водной фазы в жидкую органическую, причем органическая фаза практически не растворяется в водной. Аппараты, в которых осуществляется экстракция, называются экстракторами.

Газовые смеси разделяют, используя различия компонентов смеси в температурах кипения. Разные температуры кипения дают возможность при сжатии и охлаждении последовательно конденсировать отдельные компоненты. Широкое распространение в промышленности для разделения газовых смесей находят методы сорбции – адсорбция и абсорбция.

Очистка воды включает:

Устранение запаха. Частично устранение запахов происходит уже при обеззараживании воды (при хлорировании, озонировании). Для того чтобы после обработки в воде не оставался избыток хлора, его либо химически связывают, либо удаляют пропусканием воды через угольные фильтры.

Умягчение и обессоливание – основные процессы подготовки воды. Удаление из воды всех солей называется обессоливанием, только солей кальция и магния – умягчением. Полное обессоливание воды применяют редко (дистиллированная вода). Способы умягчения разделяют на физические, химические и физико-химические. К физическим – относят кипячение, дистилляцию, вымораживание. Сущность химических методов – в связывании ионов кальция и магния при помощи реагентов в нерастворимые и легко удаляемые соединения.

В зависимости от реагентов различают следующие способы: известковый – обработка гашеной известью; содовый – воздействие кальцинированной содой; натронный – обработка едким натром; фосфатный – воздействие тринатрийфосфатом. Современными физико-химическими методами умягчения воды являются ионообменный и электрохимический (электрокоагуляция). Сущность ионообменного способа состоит в удалении из воды ионов Са и Mg при помощи ионитов (ионообменных смол), способных обменивать свои ионы на ионы, содержащиеся в воде. Ионообменная очистка обеспечивает как умягчение, так и обессоливание воды. Способ электрокоагуляции основан на электрохимическом получении гидроксида алюминия, обладающего высокой сорбционной способностью. На предприятиях СНГ чаще используется ионообменный метод умягчения.

Дегазация воды – удаление из нее растворимых газов – проводится химическими и физическими способами. При химическом способе газы взаимодействуют с химическими соединениями и удаляются из воды. Например, СО₂ удаляется при пропускании воды через фильтр, заполненный гашеной известью, или путем добавления к воде известкового молока. В обоих случаях образуется соль СаСО₃, выпадающая в осадок. Физические способы удаления газов заключаются в аэрации, или нагревании воды в вакууме.