4.2. Руды, подготовка руд к металлургическому переделу

Рудой называется горная порода, содержащая металл в такой форме и в таком количестве, что его экономически выгодно извлекать на данном уровне развития техники.

Металлы в рудах, за исключением нескольких самородных (золота, платины, меди), присутствуют в виде химических соединений с другими элементами: кислородом, серой, мышьяком, углеродом, кремнием. В зависимости от типа рудного минерала руды называются окисленными, сульфидными, арсенидными, карбонатными, силикатными. При этом частицы рудных минералов (размером от нескольких миллиметров до тысячных долей миллиметра) перемешаны с другими минералами, не содержащими данного металла. Эта часть руды получила название вмещающей или пустой породы. Практически всегда в рудах кроме рудного минерала и пустой породы присутствуют минералы других металлов. В ряде случаев содержание этихминералов-примесей настолько велико, что становится рентабельным их извлечение. Такие руды называют комплексными. Примерами комплексных руд могут служить медно-свинцово-цинковые, медно-никель-кобальтовые, вольф­рам-молибденовые, титан-ниобий-тантал-РЗЭ, уран-ванадиевые, литий-цезиевые, цирконий-ниобиевые, титано-магнетиты, содержащие ванадий и др.

4.2.1. Способы добычи руд

Руды многих металлов образуют в земле естественные скопления - месторождения^* с запасами в сотни тысяч, миллионов и даже в несколько миллиардов тонн.

Разработку глубоко залегающих рудных месторождений производят подземным способом. Небольшие месторождения обычно разрабатывают одной шахтой. Большие месторождения разделяют на отдельные поля, которые разрабатывают самостоятельно.

Рис. 4.2. Схема устройства шахты:

1 - рудное тело; 2 - вмещающая порода;

3 - ствол шахты (верти­кальный);

4 - штольня; 5 - квершлаги; б - рудоспуск

Устройство шахт зависит от пространственной формы рудного тела, свойств рудной массы и вмещающих пород, рельефа местности и многих других факторов. Принципиальная схема одной из шахт приведена на рис. 4.2. Глубина шахт может достигать 1,0-1,5 км.

Основными технологическими операциями при подземной разработке месторождений являются:

а) отбойка руды (отделение её от рудного тела),

б) перемещение отбитой руды от забоя до откаточного горизонта,

в) транспортировка руды на поверхность.

Если рудный пласт имеет сверху слой породы небольшой толщины (100- 200 м), добычу руды целесообразно вести открытым способом. Эксплуатация карьера начинается с вскрышных работ, обеспечивающих открытый доступ к рудному пласту. Непосредственная разработка рудного пласта включает буровзрывные работы, эвакуацию отбитой массы и её транспортировку на поверхность и далее к дробильно-обогатительной фабрике. На открытых разработках используют рельсовый, автомобильный или конвейерный транс­порт. Транспортные пути располагаются на уступах карьера и имеют конфигу­рацию восходящей спирали (рис. 4.3). При открытом способе производи­тельность труда рабочих в 4-5 раз больше, чем при подземной разработке, а себестоимость добытой руды в 2-3 раза ниже.

Наряду с металлами, руды которых образуют в земной коре крупные месторождения с запасами сотни миллионов тонн и с довольно высоким содержанием элемента - 30-50% (железо, алюминий), имеется много металлов, месторождения которых во много раз меньше, а концентрация металла в руде составляет от нескольких процентов до десятых, сотых и тысячных долей процента (медь, бериллий, вольфрам, золото, уран и др.). Наконец, есть группа рассеянных редких металлов, которые вообще не образуют собственных месторождений, а рассредоточены в виде изоморфных примесей в небольших концентрациях в минералах других руд. Так, галлий содержится в минералах алюминия; таллий и германий встречаются в цинковых минералах; германий - в каменном угле; рений - в молибдените и медном сульфидном сырье. В этих случаях схемы производства основного металла должны включать участки извлечения таких примесей.

Рис. 4.3. Схема карьера для открытой добычи руды:

1 - буровой станок; 2 - экскаватор; 3 - железнодорожный вагон; 4 - рудный пласт;

5 - пустая порода; ДОФ - дробильно-обогатительная фабрика; пунктирными линиями показаны железнодорожные пути транспортировки горной массы на поверхность

Ряд металлов можно извлекать из вод мирового океана и гидротермальных источников (Na; Mg; К; Sr). Однако из-за малой концентрации этих элементов в воде их добыча в промышленных масштабах пока нерентабельна (за исключением магния).

Не могут пока считаться рудами металлургии железо-марганцевые конкреции, большие запасы которых обнаружены на дне океанов, содержащие кроме Fe (3-25%), Мn (8-10%) и другие металлы: Al, Ni, Со, Zn, Cd, Ga, Mo, РЗЭ. Добыча этих материалов в настоящее время технически затруднена.