Впервые описания процессов обогащения полезных ископаемых встречается в еще в труде Георгиуса Агриколы «12 книг о металлах», как малозначительная операция между добычей руды и её плавлением. С развитием технологий, в особенности из-за замены ручной добычи механической, обогащение превратилось в большое научное направление. Такой рост вызван «неразборчивостью добывающих машин, захватывающих полезные ископаемые вместе с пустой породой.
Также в мире наблюдается истощение легкодоступных и богатых месторождений, поэтому разрабатываются более бедные – что, в свою очередь, повышает сложность обработки и увеличивает долю породы в добытом материале.
Вышеописанные обстоятельства приводят к тому факту, что исходный материал после добычи представляет собой смесь полезного ископаемого с пустой породой в разных пропорциях и сочетаниях. Наиболее частые случаи – кусковые (уголь, щебень, марганец и т. д.), зернистые или россыпные (золото, титан, драгоценные камни и т. д.), вкрапленные (железо, серебро и т. д.) и когда химические элементы находятся в единой кристаллической структуре (металлы).
Следует обратить внимание, что целевое полезное ископаемое обычно находится в природе в окисленном состоянии (связано с кислородом), поэтому методы восстановления (плавка, химическое восстановление, электролиз и т. д.) невозможны без предварительного удаления пустой породы.
Обогащение полезных ископаемых осуществляется с помощью различия в природных свойствах минералов (плотность, крупность, магнитная способность, поверхностные свойства, форма, цвет и т. д.). Обычно для процессов выбирается наиболее яркое, контрастное отличие.
Процессы обогащения делятся на три основные группы: подготовительные, процессы непосредственно обогащения и вспомогательные.
Первая группа включают в себя операции дробления, измельчения, классификации, шихтования, брикетирования. При этом происходят изменения в величине частиц. Во второй – меняется содержание ценного компонента. Вспомогательные операции необходимы для того, чтобы обогащенное полезное ископаемое и его отходы было удобно перевозить и использовать.
Полезные ископаемые обычно имеют черный цвет (уголь, железная руда), а порода – серый или белый, поэтому частицы обозначены соответственно.
Глава 1. Подготовительные процессы
Подготовительные процессы в зависимости от особенностей полезного ископаемого могут осуществляться на разном оборудовании, но преследуют четыре главные цели:
– дробление и измельчение предназначены для «раскрытия» (разрушения) материала, когда он представляет собой «сросток» (единый камень) с другим минералом (породой), минерал разрушают до такого состояния, когда частицы породы и ценного компонента становятся отделены друг от друга;
– классификация нужна для облегчения дробления материала методом изъятия уже разрушенных частиц из процесса, а также разделения материала на крупные и мелкие продукты, обогащаемые впоследствии разными способами в случае «кускового» полезного ископаемого, т. е. размер частиц которого могут изменяться от нуля до метра;
– шихтование применяется на больших фабриках для повышения однородности исходного материала на фабрику, что дает повышение качества конечного продукта;
– обдирка является операцией для отделения налипших частиц одного минерала от частиц другого или удаления «корки» минерала, образованным его же окисленным (ржавым) поверхностным слоем.
В зависимости от размеров частиц, полезные ископаемые условно делят на: кусковые (больше 3 мм), зернистые (от 0,2 мм до 3 мм), тонкие (от 0 до 0,2 мм). Кусковые и зернистые могут подразделяться на крупные, средние и мелкие. Для подразделения тонких минералов просто указывают размер частиц.
Процессы дробления и измельчения не имеют определенного разграничения. Условно считается, что дробление – для более крупного материала, а измельчение для более мелкого, или для второй стадии процесса.
Также обычно у операций дробления нет свободно двигающихся мелющих тел.
Отношение крупности материала до и после дробления или измельчения характеризует интенсивность разрушения, называется «степенью измельчения» и обозначается «і».
Применяют для руд высокой прочности.
Рис. 1.1. Принцип работы конусной дробилки.
Принцип работы конусной дробилки похож на растирание специй или мака в ручной ступе.
Дробилка состоит (рис. 1.1) из дробящего конуса, совершающего сложное движение, наподобие полета Земли вокруг Солнца и неподвижного внешнего конуса. В месте, где дробящий конус приближается к неподвижному происходит сжатие материала и его последующее разрушение, на противоположной стороне – выгрузка уже дробленного продукта.
Загрузка исходного и выгрузка дробленного материала происходят в непрерывном режиме.
Различают конусные дробилки для крупного, среднего и мелкого дробления. Конструктивно отличаются только размерами. Крупность помола регулируется зазором между конусами.
Применяют для материалов средней и высокой прочности.
Принцип работы щековой дробилки аналогичен раздавливанию чеснока в ручной чесночнице.
