4 Обогащение и окускование полезных ископаемых

4.1 Общие сведения

Обогащение и окускование являются подготовительными (промежуточными) процессами между технологиями добычи полезных ископаемых и их глубокой химической, физико-химической или биохимической переработки для получения конечной товарной продукции. Необходимость подготовительных процессов обусловлена тем, что полезные ископаемые, добытые из недр, редко можно направить в непосредственную переработку. Этому препятствует низкое содержание извлекаемых компонентов и (или) присутствие вредных примесей. При исчерпании запасов полезных ископаемых и развития технологических процессов в переработку вовлекаются более бедное сырье. Например, если в начале ХХ века добывали медные руды, содержащие в основном 3–5% меди, то в настоящее время используются руды с 1,0% меди и менее. Применяется все большее количество углей с повышенным содержанием серы, которое в коксе снижает производительность доменных печей и увеличивает расход кокса.

Для улучшения качества исходного сырья и показателей последующей переработки прибегают к обогащению полезных ископаемых, которое позволяет отделить значительную часть пустой породы и примесей, повысив концентрацию ценных компонентов. Например, содержание меди с 1% в медных рудах может увеличиться до 30–40% в концентрате, поэтому обогащение полезных ископаемых повышает техническую и экономическую эффективность их использования, улучшает качество готовой продукции, ведет к сокращению транспортных расходов.

В результате обогащения руд получают несколько продуктов: концентраты, хвосты и промежуточные продукты.

Концентраты – продукты обогащения, в которых содержание полезных компонентов выше, а вредных примесей ниже, чем в исходном сырье. Концентраты получают название по преобладающим в них ценных компонентов, например, железорудные, угольные, медно-свинцовые, медно-свинцово-цинковые концентраты.

Хвосты – продукты обогащения в которые переходят пустая порода, вредные примеси и часть полезных ископаемых. Содержание последних в хвостах мало и дальнейшая их переработка для извлечения ценных элементов на данной стадии развития науки и техники экономически неоправданна. Однако хвосты – отходы конкретного технологического цикла – могут быть использованы в других отраслях производства в качестве исходного сырья. Например, хвосты обогащения руд черных и цветных металлов, в зависимости от химического и гранулометрического состава, могут быть использованы как щебень, песок, заполнители при производстве бетона и других строительных материалов.

Промежуточные продукты имеют содержание основных компонентов меньшее, чем в концентрате, но большее чем в руде. Их качество ниже требований к концентратам и выше допустимого для хвостов.

Технологический процесс обогатительных фабрик характеризуется рядом показателей.

Выход концентрата (γ) и хвостов (τ) – их количество, выраженное в абсолютных весовых единицах, в долях единицы или в процентах от количества исходного сырья.

Извлечение (ε) – выраженное в процентах отношение количеств компонента в каком либо продукте и в исходной руде. Сумма извлечений компонента во все продукты технологического процесса или операции составляет 100%.

Распространение процессов обогащения полезных ископаемых, сопряженных с дроблением и измельчением исходных материалов, привело к появлению значительного количества мелких концентратов и рудной мелочи. Однако есть технологические процессы, которые возможны и эффективны при наличии материала с размером зерен не менее 5–10 мм, т.е. шихта и отдельные ее компоненты должны быть предварительно окускованы. Во многих случаях химико-металлургический процесс может быть реализован только в высоком проницаемом слое (столбе) шихты, что возможно лишь при использовании кускового материала. Непригодными для непосредственной переработки являются дисперсные отходы, подлежащие утилизации: пыли и шламы различных производств, прокатная окалина, пиритные огарки, коксовая мелочь и т.п.

Подготовку полезных ископаемых проводят на месте добычи или у потребителя сырья. Выбор варианта определяется экономическим анализом. Строительство фабрик обогащения и окускования по первому варианту сокращает транспортные расходы, так как пустая порода остается на месте, отходы могут быть использованы для закладки горных выработок и карьеров. В этом случае фабрики входят в состав горно-обогатительных комбинатов (ГОК), включающих предприятия по добыче полезных ископаемых. Сооружение фабрик обогащения и окускования у потребителей, например, на производственной площадке металлургического комбината позволяет более компактно и эффективно сочетать технологии подготовки полезных ископаемых с их глубокой переработкой.