Обогащение полезных ископаемых

Извлекаемые из земных недр природные ресурсы обычно малопригодны для непосредственного использования, так как содержат много пустой породы. Кроме того, требуется разделение минералов друг от друга и формирование потребляемой продукции по стандартным размерам. Все эти процессы осуществляются с помощью обогащения, выполняемого на горно-обогатительных предприятиях: комбинатах и фабриках.

Обогащение – важнейший промежуточный процесс между добычей природных ресурсов и потреблением извлечённых минералов. Теоретической основой его выступаем минералургия – наука, изучающая свойства и взаимодействия полезных ископаемых с целью получения кондиционного конечного продукта, предназначенного для последующего промышленного использования.

Процесс обогащения позволяет довести концентрацию ценного компонента до 60-90%, удалить влагу, вредные примеси, снизить образование золы ископаемых углей. В основе этого процесса лежат физико-химические свойства компонентов, пребывающих в составе минеральных ресурсов:

• металлических руд,
• нерудного сырья,
• горючих полезных ископаемых (нефти, газа, угля, торфа, сланцев), находящих применение в качестве топлива или сырья для химической промышленности.

Результатом обогащения выступают:

• концентраты, содержащие в себе основную часть полезного компонента;
• промежуточные продукты, представляющие собой смесь ценного минерала и пустой породы, что требует их дальнейшей переработки;
• отходы, не представляющие интереса в плане требуемого компонента (но подчас находящие иное практическое применение).

В роли компонента здесь выступает минерал, для получения которого извлекаются из недр природные ресурсы. Иногда параллельно с ним в составе породы присутствуют и вредные примеси, ухудшающие потребительские качества полезного минерала. Вполне понятно, что от вредных примесей необходимо избавляться во время обогащения.

Классификация процессов и методов обогащения

Для достижения заданного результата – получения концентрата с требуемыми характеристиками, – добытая руда должна пройти ряд этапов переработки, подразделяющихся:

• на подготовительные,
• основные процессы, то есть непосредственно обогатительные;
• заключительные и вспомогательные технологии, сопровождающие процесс переработки полезных ископаемых. Результатом проведения всех перечисленных операций является готовый минеральный продукт товарного вида, содержащий высокую концентрацию ценных пород и очищенный от посторонних примесей.

Подготовительные этапы

Включают в себя: дробление, измельчение, грохочение, классификацию, усреднение. Цель этих операций заключается в открытии зёрен добытых природных запасов и распределении материала по уровням крупности. Местом осуществления данных процессов служат шахты, карьеры, рудники и, конечно же, обогатительные предприятия.

Измельчение и дробление

Фактически это способы разрушения добытой первородной массы до уровня вскрытия минералов или придания им стандартного гранулометрического состава. Дробление выполняется в дробилках, получаемые частицы должны быть размерами, превышающими 5 мм. Измельчение – менее 5 мм – осуществляется на шаровых или стержневых мельницах.

В том и другом случае находят применение следующие способы разрушения кусков породы: удар, раскалывание, раздавливание, излом, срезание, истирание. Очень важно при этом не допускать переизмельчения материала, что в значительной степени усложняет, ухудшает и удорожает процесс переработки!

Результатом процессов дробления и измельчения является раскрытие зёрен искомых минералов, обеспечивающее доступ к ним взаимодействующих реагентов.

Грохочение

Грохочение – это разделение минерала по классам крупности, производимое на решетах и ситах с ячейками разных размеров (от одного – до нескольких сотен миллиметров). Находящимися в конструкциях специальных механизмов, носящих название «грохотов».

Классификация

Процесс распределения частиц по крупности, величиной не более 1 мм, выполняемой в водной или воздушной среде. Благодаря разности времени оседания, они подразделятся на крупную фракцию – пески, мелкую – слив (при гидравлическом характере процесса) или тонкий продукт (при пневматическом…).

Усреднение

Одна из важнейших функций организационно-технологических процессов, обеспечивающая стабилизацию габаритов, химического состава, технологических свойств добываемых минералов. Что стоит в перечне определяющих факторов для их последующего использования в промышленных целях. Механическое усреднение, обеспечивающее однородность массы полезного ископаемого, выполняется при помощи дозирования и смешивания. Обычно эти взаимно дополняемые операции производятся во время добычи, подготовки и переработки минерального сырья.

Основные процессы

Непосредственно обогатительные процессы преследуют целью получить ценный минерал или несколько минералов в наиболее концентрированном виде. В ходе их осуществления получаются концентраты, промышленные продукты, отходы.

Теоретической основой осуществления обогащения служит разница физико-химических (и целого ряда других) свойств извлекаемого из общей массы материала от остальных компонентов, выступающих в роли пустой породы. Хотя, справедливости ради надо сказать, что и они подчас представляют значительную ценность. Особенно, если это драгоценные или редкоземельные металлы.

В промышленном масштабе наибольшее распространение получили следующие методы получения концентратов:

• сухое и мокрое обогащение, в воздушной, аэрозольной, водной или тяжёлой среде;
• воздействие центробежных сил, сил гравитации;
• использование магнитного или электрического поля;
• флотация – удержание на поверхности жидкой среды мелких частиц полезного ископаемого, с помощью прилипших к ним воздушных пузырьков.

Понятно, что достичь идеального – 100% результата удаётся достичь далеко не всегда. Нередко происходят потери извлекаемого материала, а в самом концентрате, хотя и в незначительных количествах, но всё-таки присутствуют посторонние примеси.

Заключительные этапы обогащения и вспомогательные технологии

Основным этапом общий процесс обогащения не заканчивается. Необходимо ещё провести сушку и обеспыливание готовой продукции, довести её до стандартного вида товарной готовности. Для обезвоживания, сгущения, фильтрования, сушки и ликвидации пыли применяются:

• дренирование на грохотах и элеваторах,
• центрифугирование, выполняемое на одноимённых установках,
• фильтрование,
• термическая сушка,
• обеспыливание с помощью гидроциклонов и воздушных классификаторов.

Но это ещё далеко не всё. Кроме основных технологических процессов, необходимо организовать и целый ряд вспомогательных, включающих в себя все виды энергоснабжения, внешнюю и внутреннюю логистику, контроль техпроцессов и качества выпускаемой продукции.

Показатели и технологические результаты обогащения

Что в итоге даёт процесс обогащения. С его помощью горнодобытчики и производственники достигают:

• возможности эксплуатации бедных месторождений природных ресурсов;
• повышения производительности труда, за счёт сплошного извлечения породы, подвергающегося простым методам механизации;
• получения высококачественного сырья для энергетики, металлургии, химической индустрии;
• оптимальной организации грузопотоков от мест добычи – до перерабатывающих предприятий, а от них – к потребителям;
• извлечения попутных минералов, подчас представляющих экономическую ценность и имеющих собственные сферы употребления;
• ликвидации вредностей, способных в дальнейшем снизить эффективность технологических процессов, нанести вред окружающей среде и здоровью работающего персонала.

Биотехнологии

Несмотря на всё разнообразие методик обогащения и значительный ассортимент соответствующего оборудования, трудности у переработчиков всё возрастают. Сказывается исчерпание длительно работающих месторождений, очень малое содержание в рудах полезных минералов, ассоциация высокого уровня в составе добытой породы. Следствием этого становится значительное усложнение и удорожание процесса добычи, вынужденного перемещаться в отдалённые труднодоступные места и самого технологического цикла переработки.

На помощь приходят весьма перспективные биотехнологии, основанные на высокопродуктивном использовании микроорганизмов, уже способные выполнять:

• бактериальное выщелачивание,
• биофлотацию,
• усвоение металлов, входящих в состав растворов – биосорбцию.

Становится всё более очевидным, что будущее обогатительной индустрии лежит где-то на стыке машинных и биологических технологий, позволяющем взаимно дополнять и компенсировать друг друга.