Обогащение руд редких металлов
Как правило, содержание редких элементов в рудах невелико (см. табл. 1). Перерабатывать такое сырье технологически нецелесообразно, а иногда невозможно и экономически невыгодно. В связи с этим более 95% добываемых руд подвергается обогащению.
Обогащение – это совокупность процессов обработки минерального сырья с целью отделения всех полезных минералов от пустой породы. При обогащении не происходит изменения состава минералов, лишь их механическое разделение. В результате обогащения получают два конечных продукта - концентрат, в котором сосредоточена основная масса полезных минералов, и отходы обогащения, так называемые “хвосты”, в которые переходит большая часть пустой породы. При обогащении сырья, содержащего несколько ценных компонентов, получают несколько концентратов, “хвосты” и промежуточный продукт (промпродукт). В результате несовершенства процессов обогащения в концентрате обычно присутствует пустая порода, а в “хвостах” – полезные составляющие.
Концентрат – это продукт обогащения, содержащий значительно больше ценного компонента, чем его содержится в руде (табл. 1). По своему минералогическому и химическому составу он должен удовлетворять определенным требованиям (кондициям). Концентраты называют по основному металлу, входящему в их состав (молибденовый, бериллиевый и т.д., (табл. 4).
“Хвосты” –отходы обогащения, содержащие в основном пустую породу и небольшие количества полезных компонентов (редких элементов).
Промежуточный продукт (промпродукт) – продукты, которые по содержанию полезного компонента (редких элементов) занимают промежуточное положение между концентратом и хвостами и должны подвергаться дальнейшему обогащению.
Таблица 4.
Содержание металлов в рудах и концентратах
|
Металл |
Содержание в процентах | |
|
В рудах |
В концентратах | |
|
Литий |
1,0 – 1,5 |
4,0 – 8,0 |
|
Бериллий |
~0,1 |
6 - 12 |
|
Стронций |
10 - 15 |
85 - 95 |
|
Редкоземельные элементы |
5 - 9 |
25 - 60 |
|
Титан (ильменит) |
13 - 14 |
40 – 45
|
|
Цирконий |
5 - 30 |
55 – 65 |
|
Ниобий |
0,1 – 0,3 |
50 – 60 |
|
Тантал-ниобий |
0,003 – 0,1 |
69 (Ta2O5) (танталит) 51 (Nb2O5) (колумбит) |
|
Молибден |
0,1 – 0,5 |
48 – 50 |
|
Вольфрам |
0,2 – 0,4 |
55 – 65 |
Технологическими показателями процесса обогащения являются:
1) степень извлечения (или степень обогащения) из сырья в концентрат полезного минерала
2) содержание минерала в концентрате.
Обе величины выражаются в процентах. Степень обогащения – отношение содержания полезного минерала в концентрате к его содержанию в руде.
Процесс обогащения состоит из ряда отдельных операций, среди которых на первом месте – дробление и измельчение, и связанная с ними классификация руды на грохотах, в классификаторах и гидроциклонах. Главная задача – отделение зерен минерала от пустой породы и обеспечение доступа к зернам минералов реагентов, применяемых на последующих стадиях обогащения. Для оценки размеров зерен, которые получают при измельчении, пользуются ситовым анализом. В европейских странах используют систему, в которой размеры отверстий в сите определяются числом “меш”. Это число отверстий, приходящихся на 25,4 мм (1 дюйм) длины сита. Группу зерен, проходящих через сито с диаметром отверстий d, обозначают –d, остаток на сите - +d.
Все существующие настоящее время разнообразные методы обогащения основаны на использовании различий в физических или физико-химических свойствах минералов и пустой породы.
Различают следующие методы обогащения (рис.3):
Флотация
↑
Электростатическое ← Методы обогащения → Магнитное
обогащение
обогащение
Ручная рудоразборка Гравитационное
обогащение
рис.3
Методы обогащения
Ручная рудоразборка.
Наиболее простой способ обогащения, основан на использовании различий во внешнем виде, цвете и блеске минералов. Например, ручная рудоразборка поллуцита (минерал цезия) или выделение золота из речных песков. Применение в виду малой производительности ограничено.
Гравитационное обогащение.
Основано на использовании разницы в воздействии гравитационного поля (силы тяжести) на зерна минералов с разной плотностью. Это самый древний метод обогащения, известный человечеству с доисторических времен. В качестве среды при обогащении используют воду (мокрое гравитационное обогащение – отсадка, промывка), иногда воздух или специально приготовленные суспензии.
Все минералы в зависимости от плотности делятся на три группы: 1) тяжелые с плотностью более 4 г/см3; 2) с промежуточной плотностью 2,7 - 4 г/см3; 3) легкие, плотность которых менее 2,7 г/см3.
В таблице 5 приведены значения плотности важнейших минералов. Эти данные относятся к редко встречаемым чистым минералам. Практически каждый минерал загрязнен пустой породой, плотность которой обычно меньше.
Таблица 5