u_lectures
.pdfФедеральное 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
Содержание |
Относительная |
Расход кокса |
Потери Pb, |
Извлече- |
|
Pb в концен- |
производительность |
||||
на 1 т Pb, т |
% |
ние Pb, % |
|||
трате |
завода, % |
|
|
|
|
50 |
100 |
1 |
4,0 |
96 |
|
30 |
53 |
2,6 |
8,8 |
91,2 |
|
10 |
17 |
11,4 |
31,0 |
69,0 |
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
Концентрат |
Промпродукт |
Хвосты |
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
Ценный компонент |
Содержание в руде |
Содержание металла в концен- |
|
трате |
|||
|
|
||
Pb |
1-3 |
60-70 |
|
Cu |
0,5-2 |
20-40 |
|
Zn |
1,5-3 |
45-50 |
|
WO3 |
0,06-0,4 |
55-65 |
|
Mo |
0,1-1(0,05-0,5) |
48-50 |
|
Zr |
1-4 |
45-56 |
|
Nb |
0,1-0,3 |
50-60 |
|
Fe |
29-40 |
62-68 |
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