u_lectures

Федеральное агентство по образованию Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет»

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

Дисциплина Обогащение руд цветных металлов________________________

Укрупненная группа 150000 «Металлургия,_машиностроение_и_материалообработка»

Направление 150100_ «Металлургия»__________________________________

Факультет Металлургический________________________________________

Кафедра Обогащение полезных ископаемых____________________________

Красноярск

2007

2

Лекция 1. ВВЕДЕНИЕ

План лекции

1.1Общие сведения о полезных ископаемых

1.2Обогащение, его цели и задачи

1.2.1Экономическая целесообразность обогащения

1.2.2Классификация руд

1.1 Общие сведения о полезных ископаемых

Добыча руд и производство цветных и редких металлов с каждым годом возрастают. В то же время качество перерабатываемых руд и содержание в них металлов непрерывно снижается. Поэтому в отличие от прошлых лет, когда некоторые руды с высоким содержанием свинца, меди или олова направлялись непосредственно на металлургическую плавку, руды цветных и редких металлов, добываемые в настоящее время, непригодны для непосредственного получения из них металла, и переработка их экономически невыгодна без предварительного обогащения.

По физическому состоянию полезные ископаемые, добываемые из недр земли, делятся на твердые, жидкие и газообразные. Твердые полезные ископаемые – это руда, угли, торф, нерудные полезные ископаемые. К жидким полезным ископаемым относятся нефть, минеральные воды. Газообразные – это горючие природные и инертные газы.

Совокупность полезных ископаемых, заключенных в недра составляют понятие минеральные ресурсы, которые являются основой для развития таких важнейших отраслей промышленности, как энергетика, черная и цветная металлургия, химическая промышленность, производство строительных материалов. Ежегодно в мире добывается до 20 т горной массы на человека в год. Удвоение количества добываемой горной массы происходит каждые 8 -10 лет. Из этой горной массы промышленностью используется только 30-40%.

В зависимости от области промышленного применения минеральные ресурсы подразделяются на следующие основные группы:

топливно-энергетические – это нефть, природный газ, ископаемый уголь, горючие сланцы, торф;

рудные, являющиеся сырьевой базой для черной и цветной металлургии – это железная и марганцевая руда, хромиты, бокситы, медные, свинцовоцинковые, никелевые, молибденовые, вольфрамовые, оловянные, руды редких и благородных металлов;

горно-химическое сырье – это фосфориты, апатиты, поваренная, калийные

3

и магнезиальные соли, сера, барит, борсодержащие руды, бром- и йодсодержащие растворы;

природные строительные материалы и нерудные полезные ископаемые, поделочные технические и драгоценные камни( мрамор, гранит, яшма, горный хрусталь, гранат, гранат, корунд и др.);

гидроминеральные (пресные подземные и минерализованные воды).

Такая классификация минеральных ресурсов является условной, так как промышленное применение одних и тех же полезных ископаемых может быть различными, например, нефть и газ являются не только энергетическим топливом, но и сырьем для химической промышленности.

Развитие мировой экономики постоянно сопровождается ростом потребления топливно-энергетических и других видов минерального сырья. Потребление цветных и легирующих металлов увеличилось за последние 100 лет в 3-5 раз. В ХХ1 веке будет продолжаться интенсивный рост потребления практически всех видов минерального сырья. Только в предстоящие 50 лет потребление нефти увеличиться в 2-2,2 раза, природного газа – в 3-3,2 раза, железной руды – в 1,4- 1,6 , первичного алюминия – в 1,5-2 , меди – в 1,5-1,7, никеля – в 2,6-2,8, цинка

– в 1,2-1,4 , других видов минерального сырья – в 2,2-3,5 раза. В связи с этим, в ближайшие 50 лет объем горно-добычных работ увеличится более чем в 5 раз.

Объектом для процессов обогащения являются, как правило, твердые полезные ископаемые, добываемые из недр или с поверхности земли.

1.2 Обогащение, его цели и задачи

Руды цветных и редких металлов отличаются сложностью минерального и химического состава. В большинстве своем они являются комплексными, полиметаллическими, содержащими несколько цветных и редких металлов в виде минералов, совместное присутствие которых затрудняет или исключает применение металлургических процессов без предварительного разделения их методами обогащения.

Развитие техники обогащения значительно расширило сырьевую базу промышленности, позволило вовлечь в активные запасы новые месторождения, содержание в которых металлов очень низкое (десятые, сотые и даже тысячные доли процентов).

Современные обогатительные фабрики ежегодно перерабатывают миллионы тонн полезных ископаемых. С каждым годом совершенствуется техника обогащения, создаются новые технологические схемы, новое производительное оборудование, осваиваются новые виды полезных ископаемых и повышается извлечение из них ценных компонентов.

4

Обогащением руд называется совокупность операций механической обработки полезных ископаемых имеющих целью разделение всех минералов и увеличение содержания полезных компонентов в продуктах разделения. Химический состав при этом не меняется.

1.2.1 Экономическая целесообразность обогащения

Комплексное использование полезных ископаемых позволяет наиболее экономично перерабатывать руды, добываемые из недр, значительно снижать себестоимость получения цветных и редких металлов.

Разработка и применение различных методов обогащения руд неразрывно связана с минеральным составом руды. Выделение ценных минералов из руд в богатый концентрат механическими методами обогащения возможно лишь при тщательном предварительном изучении вещественного состава руды, т. е. определении физических, химических и минеральных свойств каждого компонента, содержащегося в руде.

Для выбора наиболее эффективного метода обогащения важно знать, в сульфидной или окисленной форме находится минерал, содержание в нем извлекаемого компонента, размер вкрапленности его в другие минералы, плотность минерала, магнитные свойства и электропроводность минералов, их цвет, блеск, твердость и т.д.

В результате обогащения происходит:

1.концентрация ценного компонента в десятки, сотни раз;

2.с помощью обогащения удаляются вредные примеси из концентратов, что облегчает металлургический или другой последующий передел;

3.сокращаются затраты на перевозки потребителю (за счет сокращения общей массы продукта);

4.переработка обогащенного материала производится с большим эффектом (увеличивается производительность последующего передела, уменьшается расход топлива и электроэнергии, снижаются потери ценного компонента с отходами производства, повышается извлечение).

На примере таблицы 1.1 показана целесообразность обогащения перед металлургическим переделом.

5

Таблица 1.1 Показатели выплавки свинца в зависимости от содержания свинца в сырье

То же самое происходит и при выплавке медного, цинкового, оловянного концентратов. Кроме того, руды, как правило, полиметаллические и для осуществления плавки необходимо разделить концентраты на стадии обогащения, так как, если в Pb концентрате содержится много Zn - обычным металлургическим методом извлечь цинк нельзя.

1.2.2 Классификация руд

По вещественном составу рудное сырье подразделяют на руды:

-черных металлов (Fe, Mn, Cr, Титан)

-цветных металлов (Cu, Ni, Pb, Zn, Mo, олово)

-редких металлов (литий, рубидий, церий, цезий, редкоземельные – 14 элемен-

тов периодической системой Менделеева с номером от 58 до 71, лантаниды)

-благородных металлов (Au, Ag, Pt, платиноиды: осмий, иридий, палладий, рутений, родий)

-радиоактивных металлов (торий, урансодержащие руды, минералы урана). Руды подразделяются на:

-монометаллические

-полиметаллические.

Монометаллические руды содержат один металл (Си или Мо, Zn или Pb). В большинстве случаев руды содержат несколько металлов и относятся к полиметаллическим. (Например: медные минералы ассоциируют с молибдени-

том, пирротином, галенитом, сфалеритом).

Не все металлы имеют промышленное значение, но при комплексном обогащении их попутное извлечение становится экономически целесообразным.

По минеральному составу руды подразделяются на:

-самородные

-сульфидные

-несульфидные

6

-окисленные

-смешанные

Самородные: золото, серебро, платина, медь, сера. Сульфидные: соединения металлов с серой,

например: PbSгаленит, свинцовый блеск, содержит 86 % Pb CuFeS2халькопирит, содержит 34% Си

CuSковеллин, содержит 68% Cu

MoS2молибденит, содержит 60% Мо и т.д. Несульфидные в свою очередь подразделяются на

-окислы (куприт Cu2O- содержит 88%Cu, касситерит SnO2 – содержит 78,6% Sn),

-карбонаты (церрусит PbCO3- содержит 83% Pb, кальцит CaCO3- содержит 6090% Са),

-силикаты (цирконий ZrSiO4- содержит 67% двуокиси Zr).

По содержанию металла различают руды:

-богатые;

-бедные;

-забалансовые.

Взависимости от размеров ценных минералов различают руды:

-вкрапленные;

-сплошные.

Во вкрапленных рудах зерна ценных минералов рассеяны в массе минералов пустой породы.

Сплошные руды состоят главным образом из ценных минералов и содержат небольшое количество минералов пустой породы.

По размеру вкрапленности зерен ценного компонента руды бывают:

-с весьма крупной вкрапленностью > 20мм

-с крупной вкрапленностью > 2 мм

-с мелкой вкрапленностью 0,2-2 мм

-с тонкой вкрапленностью < 0,2-0,02 мм

-с весьма тонкой вкрапленностью < 0,02-0,002 мм

-субмикроскопическая вкрапленность < 0,002-0,0002 мм

-коллоидно-дисперсная вкрапленность < 0,0002 мм

Такие руды требуют тонкого измельчения для того, чтобы раскрыть и освободить ценные минералы от сростков с пустой породой. 96% руд цветных металлов подлежат обогащению, 60-70% железных руд подвергаются обогащению.

7

Лекция 2. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ

План лекции

2.1Продукты и показатели обогащения

2.2Методы обогащения полезных ископаемых

2.3Операции и процессы обогащения

2.1Продукты и показатели обогащения

Впроцессе обогащения руд получают различные продукты (рис. 2.1):

-концентрат (один или несколько);

-отвальные хвосты;

-промежуточный продукт.

Обогащение

Рис. 2.1 Продукты обогащения

Исходная руда (это горная масса, поступающая из шахт или карьеров состав которой должен быть постоянным. Для чего используется усреднение).

Концентратом называется продукт, который имеет повышенное, по сравнению с рудой, содержание полезного компонента, удовлетворяющее ГОСТам, ТУ, в которых указывается минимальное содержание ценного компонента и максимально допустимое содержание примесей. Название концентрата определяется по металлу (Pb концентрат, Си концентрат, Zn концентрат, Cu-Ni коллективный концентрат, Cu-Mo концентрат).

Хвостами называются отходы обогащения, содержащие много пустой породы и незначительное (часто называемое отвальным) количество ценного компонента.

Промежуточные продукты - по содержанию ценного компонента зани-

8

мают промежуточное значение между концентратом и хвостами и должны подвергаться дальнейшему обогащению (направляются в оборот или подвергаются специальному химико-металлургическому переделу).

Концентраты и хвосты являются окончательными или конечными продуктами обогащения. Концентраты должны удовлетворять ГОСТу или техническим условиям.

Для оценки обогатительных процессов существуют различные показате-

ли.

Степень сокращения:

R = Wр

Wк

где Wр – количество руды;

Wк – количество концентрата.

Степень сокращения характеризует, во сколько раз уменьшилось количество руды в результате обогащения и определяет, сколько нужно переработать сырья для получения определенного количества концентрата.

Выход продукта:

γ i = W i ×100 , %

W р

где Wi – количество i-ого продукта; Wр – количество руды.

Выход - это отношение массы продукта обогащения к массе исходной руды, выраженное в процентах.

- Массовая доля или содержание ценного компонента - это отношение массы ценного компонента к массе продукта, в котором он находится.

Определяется обычно химическим анализом в % или г/т (для драгоценных металлов, табл. 2.1).

Обозначается:

α - содержание металла в исходной руде β - содержание металла в продуктах обогащения

Содержание полезного компонента в концентрате характеризует его каче-

9

ство.

Таблица 2.1 Примеры содержаний ценных компонентов в руде и концентратах

Извлечение ценного компонента - это отношение массы полезного компонента в продукте обогащения к массе полезного компонента в исходной руде, выраженное в процентах.

Связь основных показателей:

e = ga× b ×100, %

где γ - выход продукта, % β - содержание металла в продукте обогащения, %

α - содержание металла в исходной руде, %

Уравнения технологического баланса:

γисх = γк + γхв

εисх = εк + εхв

Из уравнений следует:

γ хв = 100 − γ к − та γ к − та = 100 − γ хв

10

Количество металла в руде равно сумме его количеств в концентрате и хвостах.

Баланс ценного компонента:

γисхα = γкβк + γхвβхв

100α = γкβк + γхвβхв

где γисхα - количество металла в исходной руде γкβк - количество металла в концентрате γхвβхв – количество металла в хвостах

Степень обогащения или степень концентрации:

К = αβ

где: α - содержание в исходной руде, %; β - содержание в продукте обогащения, %.

Степень обогащения характеризует, во сколько раз содержание ценного компонента в концентрате повысилось по отношению к содержанию его в руде в результате обогащения.

2.2 Методы обогащения полезных ископаемых

Обогащение руд основано на использовании различий в физических и фи- зико-химических свойствах минералов, от величины вкрапленности ценных минералов.

Физические свойства минералов - это цвет, блеск, плотность, магнитная восприимчивость, электропроводность, смачиваемость поверхности минерала.

Существуют различные методы обогащения.

Гравитационный метод обогащения основан на использовании разницы в плотностях, размеров и форм минералов. Применяется этот метод для золота, олова, вольфрама, россыпей, редких металлов, железа, марганца, хрома, угля, фосфоритов, алмазов.

Разделение минералов по плотности можно производить в воде, воздухе и