Обогащение полезных ископаемых в горнодобывающей промышленности

Алан-э-Дейл       11.06.2022 г.

Простейшие устройства

Для добычи золота используют несколько подходов:

  • ручной;
  • гидравлический;
  • с применением драги;
  • рудный метод.

Последний подход требует, при производстве, наличие дорогостоящего промышленного оборудования. Частные старатели применяют три других метода.

Работа с ним основана на разнице в весе ископаемого материала. Для получения золота своими руками необходимо зачерпнуть лотком песок вместе с водой и подставить его под течение. В случае если в собранном материале присутствуют частицы металла, они осядут на дне.

Такой промывочный прибор пользуется достаточно большой популярностью у начинающих старателей в связи с тем, что он:

  • не требует больших вложений (его цена варьируется в пределах 500–2000 рублей);
  • позволяет производить золотодобычу в любое время года;
  • отличается повышенной мобильностью.

Основным недостатком такого прибора для промывки является то, что он не позволяет добыть большой объем драгметалла. Кроме того, перед использованием лотка необходимо провести масштабную геологоразведку местности.

Ускорить процесс позволяет так называемая лентяйка. Она представляет собой своеобразную ловушку для золота, которая чаще используется во время обильных паводков. «Лентяйку» рекомендуется устанавливать на реках, прилегающих к золотоносным месторождениям.

Сам инструмент напоминает одну из секций мини-драги. Высота его стенок достигает всего 5–6 см, при этом их толщина не должна быть меньше 8–9 мм. Последнее обусловлено тем, что добывающий инструмент в течение длительного отрезка времени испытывает серьёзные нагрузки.

Также в состав мини-драги входят:

  1. Входное и выходное отверстия, которые частично закрываются небольшими порогами.
  2. Специальный коврик — он стелется на дне колоды, на нем оседают частицы горной породы.
  3. Лапы с отверстиями, которые крепятся к нижней части ловушки, они необходимы для удержания золотодобывающего прибора на одном месте.

Воздуходувка

Воздуходувка, или пневматический шлюз, применяется на тех золотоносных территориях, где отсутствует доступ к воде. Устройство, в основном, изготавливается «кустарным» методом, и может в день переработать до 1,5 куб. м. песка.

Воздуходувка имеет несколько трафаретов, на которых оседает золото. Песок подаётся ручным способом на ленту с перфорацией, установленную под определённым углом к земле. По ней рудная порода скатывается вниз, а частицы драгоценного металла проникают в бункер, расположенный ниже.

Оборудование, предназначенное для добычи драгоценных металлов, подразделяется на несколько видов, каждый из которых соответствует целям использования таких устройств. Они позволяют в автоматическом и полуавтоматическом режиме перерабатывать золотоносный грунт.

Установка высокотемпературной обработки кварцевого сырья с охладителем.

Применение: для проведения процессов высокотемпературной обработки кварцевого сырья с последующим охлаждением в охладителе.

Преимущества: Обработка при температуре 1200 °С с целью открытия газо-жидких включений, кислородного обжига, хлорирования кварцевого сырья.

Описание установки:
Основные узлы установки
— загрузочный бункер
— барабан реактора (кварцевая труба ø152 мм, L=2000мм)
— перегрузочная камера
— барабан охладителя (кварцевая труба ø152 мм, L=2000мм)
— камера выгрузки
— система управления, включая силовой блок, блок управления, газовый пульт.

Сухое кварцевое сырьё загружается в загрузочный бункер при закрытом затворе. Затвор позволяет регулировать количество сырья, поступающего в барабан реактора. Температура в рабочем пространстве печи нагрева 1200°С. Нагрев регулируемый. Скорость вращения реактора задаётся с пульта управления. Технологический газ подаётся в реактор через кварцевую трубку в верхней части перегрузочной камеры. На концах барабана реактора устанавливаются устройства герметизации газа в окружающее пространство. В перегрузочной камере осуществляется перегрузка обработанного кварцевого сырья из вращающегося барабана реактора во вращающийся барабан охладителя. В нижнем отсеке перегрузочной камеры установлена весоизмерительная система (песковый затвор) с датчиком уровня. Через камеру выгрузки кварцевое сырьё из барабана охладителя попадает в приёмную тару. На выходе температура кварцевого сырья не превышает 40°С.

  • Выращенные кристалы кварца на оборудовании ООО «НПО Силар»
  • Выращенные кристалы кварца на оборудовании Силар
  • Стол рудоразборки. Производства ООО «НПО Силар»

Проблема потерь ценной породы при обогащении

Как ненужные примеси остаются в массе полезного концентрата, так и ценная порода может выводиться вместе с отходами. Для учета таких потерь используются специальные средства, позволяющие рассчитать допустимый уровень оных для каждого из технологических процессов. То есть для всех методов отделения разрабатываются индивидуальные нормы допустимых потерь. Допустимый процент учитывается в балансе обрабатываемых продуктов с целью покрытия расхождений в расчете коэффициента влаги и механических потерь. Особенно такой учет важен, если планируется обогащение руды, в процессе которого используется глубокое дробление. Соответственно, повышается и риск потерь ценного концентрата. И все же в большинстве случаев утрата полезной породы происходит из-за нарушений в технологическом процессе.

Дисковая мельница

Применение: для безжелезного измельчения минерального сырья с прочностью на сжатие до 350МПа.

Преимущества: Отсутствует привнесение аппаратных загрязнений.

Описание мельницы:
Рабочим органом мельницы является подвижный и неподвижный кварцевые диски, установленные соосно под углом 45° к вертикальной оси. Зона дробления – условно – пространство между подвижным и неподвижным дисками в форме канавок, выполненных в неподвижном верхнем диске. Работа мельницы осуществляется следующим образом: куски минерального сырья крупностью не более 30 мм из бункера мельницы через загрузочное устройство в виде кварцевой трубы поступают в зону дробления. При вращении нижнего диска куски сырья раздавливаются между рабочими поверхностями дисков и постепенно измельчаются до величины зазора между дисками. Сырьё с размером частиц, равным зазору между дисками или менее, под действием центробежных сил выходит из мельницы. За счет установки дисков соосно под определённым углом, создаются условия для эффективного помола и выгрузки сырья.

Классификация перерабатывающих фабрик

От того, где располагается фабрика по отношению к горнодобывающей организации, зависит ее статус. Определены такие обогатительные фабрики, как:

  • Индивидуального порядка – функционируют для работы с минеральными соединениями, которые прибывают с одного единственного добывающего предприятия. Находятся на одной и той же территории в пределах промышленной зоны.
  • Централизованные (групповые) – для обогащения природных естественных минералов с разных добывающих шахт; рабочий объект расположен вдали от последних.

Кроме того, определено наличие таких фабричных производств, которые находятся непосредственно при потребляющем объекте, например, коксохимическом производстве.

Разновидности обогатительных фабрик

Обогатительные фабрики могут классифицироваться, в зависимости от того, какие именно перерабатываются на них материалы, от того, какие именно процессы выполняются. На сегодняшний день существуют такие фабрики:

  • выполняющие дробильно-сортировочные работы
  • промывочные работы
  • фабрики, которые обрабатывают материал посредством гравитационного и флотационного воздействия
  • воздействующие на материал посредством магнитного обогащения
  • комбинированного типа

Таким образом, посредством вышеназванных мероприятий, на обогатительных фабриках происходит первичная обработка материала, и выделение из полученной руды концентрата, в котором содержится намного большее количество полезных компонентов, нежели в изначальном сырье.

Все предприятия данного направления оснащаются таким дополнительным оборудованием, как аспирационные системы, которые позволяют минимизировать пылеотхождение в процессе обработки материала. Так же они снабжаются специальными увлажняющими системами, которые не позволяют распространяться излишкам пыли в воздухе.

Обогатительные фабрики классифицируются также на фабрики индивидуального характера, которые работают только с одним горнодобывающим предприятием и обогащают руду только с него одного, группового и центрального, когда работают с материалами разных предприятий, то есть расположенных отдельно от самой фабрики.

Установка пневмоклассификации кварцевого сырья.

Применение: в технологических схемах сухого обогащения кварца с целью разделения кварцевой крупки на фракции (-0,4+0,1мм), обеспыливания, очистки от мелких чешуек слюды, графита, а также лёгких технологических загрязнений.

Преимущества: Классификация без применения сит устраняет контакт кварцевой крупки с материалом сит. Возможность узкого разделения по фракции с заданным интервалом разделения.

Описание установки:
Основные блоки:
— блок пневмоклассификации
— площадка обслуживания
— установка удаления пыли
— пульт управления

Блок пневмоклассификации имеет загрузочный бункер, разделительную колонну (кварцевая труба ø152 мм h = 1500 мм), блок фильтров для очистки воздуха на входе в разделительную колонну, платформу под приёмную тару. В расходный бункер загружается кварцевая крупка (+0,4 — 0,1 мм). При срабатывании электромагнитного затвора кварцевая крупка начинает поступать в колонну. Снизу подаётся очищенный воздух. Происходит процесс псевдоожижения сырья. Мелкая фракция, скорость витания частиц которой равна или меньше скорости псевдоожижающего воздуха, выносится из колонны в циклон установки очистки воздуха. Частицы с большей скоростью витания будут оседать в нижней части колонны и стекать в разгрузочную воронку, дальше в приёмную тару. За счет изменения разряжения (скорости вращения  вентилятора) можно регулировать крупность фракции. Места пересыпки герметичны. Материал оборудования не загрязняет кварцевую крупку.

Заключительные этапы обогащения

К основным процессам этого этапа стоит отнести обезвоживание, сгущение пульпы и сушку полученных частиц. Подбор оборудования для обезвоживания осуществляется на основе химико-физических характеристик минерала. Как правило, данная процедура выполняется в несколько сеансов. При этом необходимость в ее выполнении возникает не всегда. Например, если в процессе обогащения использовалась электрическая сепарация, то обезвоживание не требуется. Помимо технологических процессов подготовки продукта обогащения к дальнейшим процессам переработки, должна быть предусмотрена и соответствующая инфраструктура для обращения с частицами минерала. В частности, на фабрике организуется соответствующее производственное обслуживание. Вводятся внутрицеховые транспортные средства, организуется снабжение водой, теплом и электроэнергией.

Флотация

Флотационный способ основан на свойстве минеральных частиц: находясь в воде, они прилипают к поверхности воздушных пузырьков. Для обогащения угля данным методом используются специальные машины (пневматические, механические или механопневматические).

Флотация угля. Фото: mpoltd.ru

В устройство загружается пульпа, через которую оно пропускает пузырьки воздуха – к ним прилипают только угольные зёрна. Полученный пенный продукт устремляется на поверхность смеси и образует на ней слой минеральной пены, который отправляют в концентрат.

Эффективность флотационного метода увеличивают реагенты. Это
могут быть продукты нефтепереработки (керосин, соляровое масло, нефть) или
продукты переработки самого угля (фенолы, антраценовое масло, сырой бензол).

Технологические решения Schneider Electric

Одной из примечательных особенностей ОФ «Бачатская-Коксовая» стало построение автоматизированной системы оперативного диспетчерского управления (АСОДУ), которая обеспечивает дистанционный контроль и автоматизированное управление основным технологическим оборудованием обогатительной фабрики.
Физически АСОДУ построена, как комплекс технических средств, включающий щиты с пускозащитной аппаратурой, шкафы управления с контроллерной техникой, шкафы ввода/вывода, шкафы локальной сети, серверное и компьютерное оборудование автоматизированных рабочих мест (АРМ).

Организационно система автоматизации на ОФ «Бачатская-Коксовая» построена по многоуровневой иерархии. Нижний уровень включает полевое оборудование, датчики, кнопки переключатели и исполнительные механизмы. Следующий уровень – контроллерный, он выполнен на программируемых логических контроллерах Modicon Quantum с использованием архитектуры удаленного ввода/вывода – сети RIO.
Для повышения надежности системы сеть RIO выполнена по топологии с двойным резервируемым кабелем. Всего в системе автоматизации 4 контроллера Modicon Quantum – в энергоблоках 1, 2, 3 и на погрузочном пункте. Операционная система контроллеров Modicon Quantum – Unity Pro. Среда разработки управляющих программ – Unity Pro V3.0.
Следующий уровень – это локальная вычислительная сеть (ЛВС), Ethernet.
Основная магистраль ЛВС выполнена на оптоволоконном кабеле в виде замкнутого кольца. В кольцо включены 6 шкафов локальной сети ШЛС 1 – ШЛС 6, к которым присоединяются абоненты ЛВС по всей фабрике. Подключение абонентов к ШЛС1 – ШЛС6 выполнено по Ethernet, витая пара.
Топология и физическая среда ЛВС обеспечивают высокоскоростной, надежный обмен данными по всей системе автоматизации.
Верхний уровень выполнен на SCADA-системе InTouch. В составе верхнего уровня имеются 4 АРМа операторов, с которых выполняется основное управление фабрикой.
Два АРМа диспетчерской осуществляют общий мониторинг и диспетчеризацию фабрики.
Отдельный АРМ оператора погрузки обеспечивает работу погрузочного пункта.
Отдельный АРМ системного инженера предназначен для поддержки и сопровождения системы автоматизации в целом.
 
Автоматизированная система оперативно-диспетчерского управления обеспечивает дистанционный контроль и управление основным технологическим оборудованием обогатительной фабрики. Работа технологического оборудования возможна в 4-х режимах:

  • автоматический – основной режим;
  • ручной с блокировками;
  • ручной без блокировок;
  • местный.

Оперативность управления фабрикой обеспечивается за счет автоматизированного получения данных о состоянии оборудования и текущих параметров его работы, сбора технологических данных, оперативной обработки всей поступающей информации и своевременного ее предоставления обслуживающему персоналу.

Гравитационное разделение

Основа обогащения полезных ископаемых этого типа лежит в распределении материалов по плотности, относительно среды, в которую помещается взвесь. Самым распространенным в горнодобывающей промышленности является применение гидравлического прибора. Пласт полезных ископаемых постепенно поддается воздействию турбулентного потока жидкости. В результате этого, минералы разрыхляются и разделяются в зависимости от плотности.

1 – бункер; 2 – питатель; 3 – грохот; 4 – конвейер; 5 – дробилка; 6 – конвейерные весы; 7 – отсадочные машины; 8, 9, 10 – спиральный, гидравлический, реечный классификаторы; 11 – гидроциклон; 12 – концентрационный стол; 13 – сгуститель; 14 – мельница; 15 – контактный чан; 16 – флотационная машина”> Pис. 1. Cхема обогащения оловянной руды c предварительной гидравлической классификацией: 1 – бункер; 2 – питатель; 3 – грохот; 4 – конвейер; 5 – дробилка; 6 – конвейерные весы; 7 – отсадочные машины; 8, 9, 10 – спиральный, гидравлический, реечный классификаторы; 11 – гидроциклон; 12 – концентрационный стол; 13 – сгуститель; 14 – мельница; 15 – контактный чан; 16 – флотационная машина.

Легкая фракция быстро поднимается на поверхность, а в дальнейшем собирается. Этот процесс не позволяет достигнуть высокой точности сепарации, поэтому сейчас частота его применения снизилась. Преимущество гравитационного обогащения в его себестоимости – она достаточно низкая. Но, из-за использования воды, он может стать причиной неблагоприятной экологической ситуации.

Гравитационное обогащение применяется почти для каждого вида переработки полезных ископаемых. Предварительно необходимо провести несколько подготовительных этапов. Например, дробление сырья в грохотах, благодаря чему можно отделить небольшое количество пустой породы. Применяется и вымачивание, опрыскивание, обжигание. Это значительно увеличивает его эффективность.

Тяжелые среды

Самым простым является обогащение в тяжелых средах, где нет потока жидкости, а разделение происходит под воздействием гравитации. Легкие частицы отделяются от тяжелых на несколько фракций. В качестве жидкостей может выступать раствор хлоридов кальция или цинка, органические смеси.

Концентрационные столы

Эталоном гравитационного разделения полезных ископаемых является обогащение на концентрационных столах. Первое упоминание об этом методе можно найти еще в трудах Геродота, который описывал древне-грецкие способы добычи золота. Установка представляет собой стол с выточенными горизонтальными желобами (рифлями), наклоненный под углом 1-10 градусов. Сверху подается напор суспензии, жидкости с дробленым полезным ископаемым. Под воздействием силы тяжести, частички оседают в желобах, а пустая порода остается в потоке. Недостаток этого способа в том, что для эффективного разделения сырья, руду необходимо раздробить до 0,1-13 мм. В противном случае большое количество пустой породы попадет в отсадку.

Сепарация на шлюзах

Для обогащения рассыпных руд (золота, вольфрама, олова и других редких металлов), используют сепарацию на шлюзах. Для разделения используется специальный материал с шероховатым покрытием – трафарет, в котором и задерживается ценное сырье. Жидкость может подаваться на ступенчатую и желобную ровную конструкцию, в зависимости от вида полезного ископаемого.

Интересно, что этот вид обогащения появился очень давно, и стал причиной появления легенды о золотом руно. В древности шкуры молодых овец смазывали жиром, и укладывали на дно желобов, куда подавалась суспензия золотоносного песка. Ценный металл задерживался в ворсинках, а жир не позволял ему двигаться вместе с потоком.

Винтовые сепараторы

Жидкость, в которую помещена взвесь полезного ископаемого, движется по вертикальной оси, по винтовому желобу. Здесь на породу воздействует две силы – гравитационная и центробежная. В результате этого процесса, тяжелые частицы перемещаются вдоль внутреннего борта желоба, а легкие по его внешней части. По завершению движения жидкости, они попадают в разные отсеки, и отправляются на дальнейшую переработку или утилизируются.

Центробежный концентратор

Этот способ является наиболее современным и эффективным на сегодня среди гравитационных. Его особенность в том, что он позволяет отделить минимальные частички полезного ископаемого от пустой породы. Благодаря воздействию центробежной силы, удается увеличить массу частиц, в результате чего и происходит сепарация. Для осуществления этого метода используется специальная установка – гидроциклон. В нем происходит вихревое вращение жидкости, благодаря чему образуется центробежная сила, заставляющая породу разделяться на фракции.

Химическая сепарация

При обработке урановых, вольфрамовых, медных, медно-никелевых руд активно используется и метод химического обогащения. Также для обезжелезивания каолинов, кварца и полевого шпата. Ископаемое помещают в специальный реагент, который растворяет пустую породу, не меняя состав полезного сырья. Благодаря этому методу можно получить высокую эффективность обогащения, но его себестоимость достаточно высока. Поэтому его используют в случаях, когда концентрация материала в руде достаточно низкая, из-за чего другие методы сепарации будут не результативны.

Одним из самых новых является химико-биологическое обогащение. В основе лежит принцип выщелачивания, разрушения кристаллических решеток пустой породы бактериями, например, Thiobacillus ferroxidans, Ferrobacillus tiooxidans. Также продукты жизнедеятельности этих бактерий являются сильными окислителями, благодаря чему разрешение пустой породы происходит намного быстрее. В результате этого процесса можно перерабатывать руды с низким содержанием полезного ископаемого.

Марки твердого топлива

Самым лучшим топливом для бытового использования является антрацит (маркируется буквой «А»). Он отличается долгим сроком сгорания, не образует большого количества сажи, показатели зольности низкие. Однако нужно уметь применять такой уголь, поскольку он с трудом разгорается, к тому же стоит приличных денег.

Чаще всего для растопки бытовых котлов закупается длиннопламенный уголь. Он достаточно долго горит, легко разжигается, пламя имеет большую длину, дает большое количество тепла. Узнать топливо можно по маркировке «Д». Также допускается отопление частных домов и при помощи угля марки «СС» и «Т», однако их характеристики оставляют желать лучшего.

Помимо марки уголь отличается и размером фракции. Так, для плитного величина кусков составляет от 100 мм, для крупного варьируется от 50 до 100 мм, орех продается по 25-50 мм, мелкий – 13-25 мм, семечко – 6-13 мм, штыб – до 6мм. У рядового угля нет стандартных размеров.

Весь уголь маркируется по первой букве называния. Однако в назывании может быть и несколько букв, что обозначает дополнительных характеристики топлива. Например, ДПК – плитный уголь с фракцией 50-100 мм, ДС – длиннопламенная семечка. Что касается рядового угля, то он не имеет утвержденного состава. Он может содержать 70% крупных элементов, а 30% – штыба либо наоборот.

Сказать со 100%-ой точностью, какое топливо следует приобретать в каждом отдельном случае, нельзя, поскольку выбор зависит напрямую от типа котла и предъявляемых производителем требований к эксплуатации изделия. Если же в документации указывается определенный тип угля, например, антрацит, то заменять его не другой не рекомендуется, так как это может привести к большим финансовым затратам наряду со снижением теплоэффективности.

Тем, кто в первую очередь ориентируется на стоимость топлива, нужно смотреть не только на ценник и характеристики. Часто поставщики берут дополнительно деньги за доставку, а также могут указывать разные цены в зависимости от приобретаемого объема.

Гравитационное обогащение

В основе гравитационного метода обогащения угля лежит его разная плотность и скорость движения в воздушной или водной среде.

Так называемый мокрый процесс обогащения может проводиться на концентрационных столах, в тяжёлых средах, моечных желобах, гидроциклонах или же при помощи отсадки на специальных машинах.

Моечный желоб — плоское корыто с невысокими бортами, которое ставится под небольшим уклоном. Пульпа проходит через аппарат, осевшие частицы угля выделяются через разгрузочную камеру желоба. Сейчас такие аппараты используются очень редко из-за невысокой производительности.

Концентрационные столы больше подходят для обогащения высокосернистых коксовых углей и пирита – не характерных для России видов угля, поэтому в нашей стране практически не применяются.

Зато большое распространение получили отсадочные машины. Они разделяют угольную смесь на частицы с разной плотностью при помощи движущихся в них восходящих и нисходящих потоках воды с разной скоростью. Отсадку используют и для мелких углей (12-0,5 мм), и для крупных (10-12 мм).

Данный метод обогащения более эффективен, чем другие мокрые способы, но за исключением обогащения в тяжёлых жидкостях.

Тяжёлые жидкости – это водные растворы неорганических солей и минеральные суспензии. Их плотность выше, чем плотность угля, но в то же время меньше, чем плотность первичной породы. Поэтому уголь, оказавшись в растворе или суспензии, всплывает на поверхность, а лишние материалы тонут.

Концентраты, полученные в результате мокрого обогащения, содержат в себе много воды, поэтому обязательно подвергаются обезвоживанию.

Сухой метод обогащения разделяет уголь в воздушной среде с помощью другого оборудования – сухих лотков, пневматических сепараторов или машин.

Материал подаётся на рабочую поверхность оборудования и
сортируется под действием восходящего или пульсирующего воздушного потока с
параллельным встряхиванием. Зёрна угля в зависимости от плотности и крупности
разделяются за счёт перемещения в разных направлениях.

Благодаря обогащению уголь из первичной горной массы превращается в первичный концентрат, оставшиеся породы отходами.

Заключение

За последнее время технологии обогащения ценных пород сделали заметный шаг в своем развитии. Совершенствуются и отдельные процессы переработки, и общие схемы реализации отделения. Одним из перспективных направлений дальнейшего продвижения является использование комбинированных схем обработки, которые повышают качественные характеристики концентратов. В частности, комбинированию подвергаются магнитные сепараторы, в результате чего оптимизируется процесс обогащения. К новым методикам этого типа можно отнести магнитогидродинамическую и магнитогидростатическую сепарацию. При этом отмечается и общая тенденция ухудшения рудных пород, что не может не сказываться на качестве получаемого продукта. Бороться с повышением уровня примесей можно активным применением частичного обогащения, но в общем итоге увеличение сеансов переработки делает технологию неэффективной.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.