Переработка полезных ископаемых - Википедия - Mineral processing

Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. Пожалуйста помоги улучшить эту статью к добавление цитат в надежные источники. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален Найдите источники: «Минеральная переработка»  – Новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR (Июль 2012 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Дробление, форма измельчение, одна из единичных операций по переработке полезных ископаемых

В области добывающая металлургия, переработка полезных ископаемых, также известный как обогащение руды, это процесс отделения коммерчески ценных минералы из их руды.

История

Набор марок Корнуолла

Эта секция нуждается в расширении. Вы можете помочь добавляя к этому. (Август 2010 г.)

До появления тяжелой техники сырая руда дробилась с помощью ручных молотков, этот процесс назывался «растрескивание». Вскоре для этого были найдены механические средства. Например, штамповочные мельницы использовались в Самарканд еще в 973 году. Они также использовались в средневековье. Персия. К 11 веку штемпельные мельницы были широко распространены в средневековый исламский мир, из Исламская Испания и Северной Африке на западе, чтобы Центральная Азия на востоке.^[1] Более поздним примером был Марки Корнуолла, состоящий из ряда железных молотов, установленных в вертикальной раме, поднимаемой кулачки на валу водяное колесо и падение на руду под действием силы тяжести.

Самый простой метод отделения руды от порода состоит из выбора отдельных кристаллов каждого. Это очень утомительный процесс, особенно когда отдельные частицы маленькие. Другой сравнительно простой метод основан на использовании различных минералов, имеющих различную плотности, заставляя их собираться в разных местах: металлические минералы (будучи более тяжелыми) выпадут из суспензии быстрее, чем более легкие, которые будут уноситься дальше потоком воды. В процессе промывки и просеивания золота используются оба этих метода. Для использования этого свойства использовались различные устройства, известные как «связки».^{[когда? ]} Позже использовались более совершенные машины, такие как Фру Ваннер, изобретенный в 1874 году.

Другое оборудование, используемое исторически, включает в себя домик, желоб, используемый с некоторыми обогатительными машинами, и keeve или kiekkkve, большую ванну, используемую для дифференциальной осадки.

Единичные операции

Переработка полезных ископаемых может включать четыре основных типа работы установки: измельчение - уменьшение размера частиц; калибровка - разделение частиц по размеру скрининг или классификация; концентрация за счет использования физических и химических свойств поверхности; и обезвоживание - разделение твердой и жидкой фаз. Во всех этих процессах наиболее важными факторами являются их экономичность, которая определяется качеством и извлечением конечного продукта. Для этого необходимо учитывать минералогию руды, так как от этого зависит количество необходимого высвобождения и процессы, которые могут происходить. Чем меньше размер частиц, тем выше теоретическое содержание и извлечение конечного продукта, но это, однако, трудно сделать с мелкими частицами, поскольку они препятствуют возникновению определенных процессов концентрирования.

Измельчение

Измельчение уменьшение размера частиц материалов. Измельчение может проводиться как на сухих материалах, так и на суспензиях. Дробление и шлифование это два основных процесса измельчения. Дробление обычно проводится на «обкатке».^[2] руды, при этом измельчение (обычно выполняется после дробления) может проводиться на сухом или суспендированном материале. При измельчении измельчение частиц происходит под действием трех типов сил: сжатия, удара и истирания. Сжимающие и ударные силы широко используются при дроблении, в то время как истирание является доминирующей силой при измельчении. В основном используемое оборудование для дробления - это щековые дробилки, гирационные дробилки и конусные дробилки, тогда как стержневые и шаровые мельницы, обычно замкнутые с классификатором, обычно используются для измельчения на обогатительных фабриках. Измельчение - это сухой процесс, тогда как измельчение обычно выполняется во влажном состоянии и, следовательно, требует больших затрат энергии.

Размеры

Просеивание руды через сито, Лаборатория исследования фиксированного азота, 1930 г.

Sizer 2000 для сортировки от крупных до мелких частиц

Калибровка - это общий термин для разделения частиц по размеру.

Самый простой процесс калибровки - это просеивание или пропускание частиц, подлежащих определению, через сито или несколько сит. Сортировочное оборудование может включать гризли,^[3] барные сита, сита из клиновой проволоки, радиальные сита, сита для бананов, многодековые сита, вибрационные сита, мелкие сита, перекидные сита и сита с проволочной сеткой. Грохоты могут быть статичными (как правило, в случае очень крупного материала) или могут включать механизмы для встряхивания или вибрации грохота. Некоторые соображения в этом процессе включают материал экрана, размер отверстия, форму и ориентацию, количество частиц близкого размера, добавление воды, амплитуду и частоту колебаний, угол наклона, присутствие вредных материалов, таких как сталь и дерево, а также гранулометрический состав частиц.

Классификация относится к операциям по калибровке, которые используют различия в скоростях осаждения, проявляемые частицами разного размера. Классификационное оборудование может включать: сортировщики руды, газовые циклоны, гидроциклоны, вращающийся троммели, классификаторы граблей или классификаторы с псевдоожиженным слоем.

Важным фактором как измельчения, так и калибровки является определение гранулометрического состава обрабатываемых материалов, обычно называемого анализ размера частиц. Используются многие методы анализа размера частиц, и эти методы включают как автономный анализ, требующий отбора пробы материала для анализа, так и интерактивные методы, которые позволяют анализировать материал по мере его прохождения через процесс.

Концентрация

Есть несколько способов увеличить концентрацию желаемых минералов: в любом конкретном случае выбранный метод будет зависеть от относительных физических и химических свойств поверхности минерала и порода. Концентрация определяется как количество молей растворенного вещества в объеме раствора. В случае переработки полезных ископаемых под концентрацией понимается увеличение процентного содержания ценного минерала в концентрате.

Гравитационная концентрация

Гравитационное разделение - это разделение двух или более минералов с разным удельным весом путем их относительного движения в ответ на силу тяжести и одну или несколько других сил (таких как центробежные силы, магнитные силы, выталкивающие силы), одна из которых - сопротивление движение (сила сопротивления) вязкой среды, такой как тяжелая среда, вода или, реже, воздух.

Гравитационная сепарация - один из старейших методов переработки полезных ископаемых, однако после внедрения таких методов, как флотация, классификация, магнитная сепарация и выщелачивание, ее использование сократилось. Гравитационное разделение восходит к 3000 г. до н.э., когда египтяне использовали технику разделения золота.

Необходимо определить пригодность процесса гравитационного обогащения до его использования для обогащения руды. В критерий концентрации обычно используется для этой цели, обозначенный ${ displaystyle CC}$ в следующем уравнении (где ${ displaystyle SG}$ представляет удельный вес ):

${ Displaystyle CC = { frac {SG (тяжелый минеральный) -SG (жидкость)} {SG (легкий минеральный) -SG (жидкость)}}}$

• для CC> 2,5 подходит для отделения частиц размером более 75 микрон
• для 1,75
• для 1,50
• для 1,25
• для CC <1,25, не подходит для любого размера

Хотя критерии концентрации - полезное практическое правило при прогнозировании снисходительность Что касается гравитационной концентрации, такие факторы, как форма частиц и относительная концентрация тяжелых и легких частиц, могут существенно повлиять на эффективность разделения на практике.

Классификация

Существует несколько методов, использующих разницу в весе или плотности частиц:^[4]

• Разделение тяжелых сред или плотных сред (к ним относятся Сепро Кондор ДМС, ванны, барабаны, ларкодемы, гидромассажные сепараторы dyana и циклоны для плотных сред)
• Встряхивающие столы, такие как Стол Уилфли^[5]
• Спиральные сепараторы
• Классификатор рефлюкса
• Джиг-концентраторы представляют собой устройства для гравитационного концентрирования непрерывного действия с использованием пульсирующего псевдоожиженного слоя (RMS-Ross Corp. Circular Jig Plants)
• Центробежные барабанные концентраторы, такие как Концентратор Knelson и Концентратор сокола
• Многогравитационные сепараторы (Концентратор сокола, Knelson, Mozley (мульти- или улучшенный гравитационный сепаратор, Salter Cyclones (многогравитационный сепаратор) и джиг-приманка Келси)
• Встроенные приспособления для измерения давления
• Конусы Райхерта
• Шлюзы
• Отборники

Эти процессы можно разделить на разделение по плотности или разделение по весу (весу).

При разделении плотных сред создается среда с плотностью между плотностью руды и порода частицы. Под воздействием этой среды частицы либо всплывают, либо тонут в зависимости от их плотности относительно среды. Таким образом, разделение происходит исключительно из-за разницы в плотности и, в принципе, не зависит от каких-либо других факторов, таких как вес или форма частиц. На практике размер и форма частиц могут влиять на эффективность разделения. Разделение плотной среды может быть выполнено с использованием различных сред. К ним относятся органические жидкости, водные растворы или суспензии очень мелких частиц в воде или воздухе. Органические жидкости обычно не используются из-за их токсичности, трудностей в обращении и относительной стоимости. В промышленности наиболее распространенной плотной средой является суспензия мелких частиц магнетита и / или ферросилиция. Водный раствор в качестве плотной среды используется при переработке угля в виде смывной жидкости, а суспензии на воздухе используются в районах с дефицитом воды, например в районах Китая, где песок используется для отделения угля от жильных минералов.

Гравитационное разделение также называется относительным гравитационным разделением, поскольку оно разделяет частицы из-за их относительного отклика на движущую силу. Это контролируется такими факторами, как вес, размер и форма частиц. Эти процессы также можно разделить на процессы с несколькими G и с одним G. Разница заключается в величине движущей силы отрыва. Процессы Multi-G позволяют разделить очень мелкие частицы (в диапазоне от 5 до 50 микрон) за счет увеличения движущей силы разделения с целью увеличения скорости разделения частиц. Как правило, единичный процесс G позволяет обрабатывать только частицы диаметром более 80 микрон.

Среди процессов гравитационного разделения спиральные концентраторы и круглые приспособления являются двумя наиболее экономичными из-за их простоты и использования места. Они работают путем разделения пленки в потоке и могут использовать либо промывочную воду, либо не содержать промывной воды. Спирали промывочной воды легче отделяют частицы, но могут возникнуть проблемы с уносом пустой породы с полученным концентратом.

Пенная флотация

Камеры пенной флотации, используемые для концентрирования минералов сульфида меди и никеля, Фалконбридж, Онтарио.

Пенная флотация это важный процесс концентрации. Этот процесс можно использовать для разделения любых двух разных частиц и управлять химией поверхности частиц. При флотации пузырьки вводятся в пульпу, и пузырьки поднимаются через пульпу. При этом гидрофобные частицы связываются с поверхностью пузырьков. Движущей силой этого присоединения является изменение свободной поверхностной энергии при его возникновении. Эти пузырьки поднимаются через суспензию и собираются с поверхности. Чтобы эти частицы могли прикрепиться, необходимо внимательно изучить химический состав пульпы. Эти соображения включают pH, Eh и присутствие реагентов для флотации. PH важен, поскольку он изменяет заряд поверхности частиц, а pH влияет на хемосорбцию собирателей на поверхности частиц.

Добавление флотационных реагентов также влияет на работу этих процессов. Самый важный добавляемый химикат - это коллектор. Это химическое вещество связывается с поверхностью частиц, поскольку является поверхностно-активным веществом. Основными соображениями в этом химическом веществе являются природа головной группы и размер углеводородной цепи. Углеводородный хвост должен быть коротким, чтобы максимизировать селективность желаемого минерала, а головная группа определяет, к каким минералам он присоединяется.

Вспениватели - еще одна важная химическая добавка к целлюлозной массе, поскольку она позволяет образовывать стабильные пузырьки. Это важно, так как если пузырьки срастаются, минералы отваливаются с их поверхности. Однако пузырьки не должны быть слишком стабильными, поскольку это препятствует легкой транспортировке и обезвоживанию образующегося концентрата. Механизм действия этих пенообразователей полностью не известен, и в настоящее время проводятся дальнейшие исследования их механизмов.

Депрессанты и активаторы используются для избирательного отделения одного минерала от другого. Депрессанты препятствуют флотации одного минерала или минералов, в то время как активаторы позволяют флотацию других. Примеры включают CN⁻, используемый для подавления всех сульфидов, кроме галенита, и этот депрессант, как полагают, действует путем изменения растворимости хемосорбированных и физадсорбированных собирателей на сульфидах. Эта теория происходит из России. Пример активатора - Cu²⁺ ионы, используемые для флотации сфалерита.

Есть несколько камер, которые можно использовать для флотации минералов. к ним относятся флотационные колонны и механические флотационные камеры. Флотационные колонны используются для более мелких минералов, и они обычно имеют более высокое содержание и меньшее извлечение минералов, чем механические флотомашины. Количество используемых ячеек на данный момент может превышать 300 м³. Это сделано, поскольку они дешевле на единицу объема, чем ячейки меньшего размера, но ими не так легко управлять, как ячейками меньшего размера.

Этот процесс был изобретен в 19 веке в Австралии. Его использовали для восстановления сфалерит концентрат из хвостов, полученный самотеком. Дальнейшие улучшения пришли из Австралии в виде Джеймсон Селл, разработанная в Университете Ньюкасла, Австралия. Это работало за счет использования погружной струи, которая генерирует мелкие пузырьки. Эти мелкие пузырьки обладают более высокой кинетической энергией и, как таковые, могут использоваться для флотации мелкозернистых минералов, например, производимых на Isamill.

Ступенчатые реакторы флотации (SFR) разделяют процесс флотации на 3 определенные стадии на ячейку и становятся все более распространенными в использовании, поскольку требуют гораздо меньше энергии, воздуха и места для установки.

Электростатическое разделение

Есть два основных типа электростатические сепараторы. Они работают аналогичным образом, но силы, приложенные к частицам, разные, и это силы тяжести и электростатического притяжения. Эти два типа представляют собой электродинамические сепараторы (или ролики высокого натяжения) или электростатические сепараторы. В валках высокого напряжения частицы заряжаются коронным разрядом. Это заряжает частицы, которые затем перемещаются по барабану. Проводящие частицы теряют заряд барабана и удаляются из барабана с центростремительным ускорением. Электростатические пластинчатые сепараторы работают, пропуская поток частиц мимо заряженного анода. Проводники теряют электроны на пластине и отталкиваются от других частиц из-за индуцированного притяжения к аноду. Эти сепараторы используются для частиц размером от 75 до 250 микрон, и для эффективного разделения частицы должны быть сухими, иметь близкое распределение по размерам и однородную форму. Из этих соображений одним из наиболее важных является содержание воды в частицах. Это важно, так как слой влаги на частицах сделает непроводники проводниками, поскольку слой воды является проводящим.

Электростатические пластинчатые сепараторы обычно используются для потоков с небольшими проводниками и крупными непроводниками. Ролики высокого напряжения обычно используются для потоков с грубыми проводниками и тонкими непроводниками.

Эти сепараторы обычно используются для разделения минеральные пески, примером одного из таких заводов по переработке полезных ископаемых является завод по переработке CRL в Пинкенбе в Брисбене, Квинсленд. На этом заводе циркон, рутил и ильменит отделены от кремнезема порода. На этой установке разделение осуществляется в несколько этапов с помощью грубых, очистителей, поглотителей и доочистителей.

Магнитная сепарация

Магнитная сепарация - это процесс, в котором магниточувствительный материал извлекается из смеси с помощью магнитной силы. Этот метод разделения может быть полезен при добыче железа, поскольку оно притягивается к магниту. В шахтах, где вольфрамит был смешан с касситерит на рудниках Саут-Крофти и Ист-Пул в Корнуолле или с висмутом, например на рудниках Шеперд и Мерфи в Мойне, Тасмания, для разделения руд использовалась магнитная сепарация. На этих рудниках использовалось устройство, называемое магнитным сепаратором Уэзерилла (изобретенный Джоном Прайсом Уэзериллом, 1844–1906 гг.) [1]. В этой машине сырая руда после обжига подавалась на движущуюся ленту, которая проходила под двумя парами электромагнитов, под которыми другие ленты проходили под прямым углом к ​​питающей ленте. Первая пара электромагнитов была слабо намагничена и служила для отвода любой присутствующей железной руды. Вторая пара была сильно намагничена и притягивала слабомагнитный вольфрамит. Эти машины могли обрабатывать 10 тонн руды в сутки. Этот процесс отделения магнитных веществ от немагнитных веществ в смеси с помощью магнита называется магнитной сепарацией.

Этот процесс заключается в перемещении частиц в магнитном поле. Сила, действующая в магнитном поле, определяется уравнением f = m / k.H.dh / dx. где k = магнитная восприимчивость, напряженность H-магнитного поля и dh / dx - градиент магнитного поля. Как видно из этого уравнения, разделение может происходить двумя способами: либо за счет градиента магнитного поля, либо за счет силы магнитного поля. В разных концентраторах используются разные движущие силы. Они могут быть как с водой, так и без нее. Как и спирали, промывочная вода способствует отделению частиц, одновременно увеличивая унос пустой породы в концентрат.

Автоматическая сортировка руды

В современной автоматизированной сортировке используются оптические датчики (видимый спектр, ближний инфракрасный, рентгеновский, ультрафиолетовый), которые могут быть объединены с датчиками электропроводности и магнитной восприимчивости, чтобы контролировать механическое разделение руды на две или более категорий в отдельной породе путем каменная основа. Также были разработаны новые датчики, в которых используются такие свойства материала, как электропроводность, намагниченность, молекулярная структура и теплопроводность. Сортировка на основе датчиков нашла применение при переработке никеля, золота, меди, угля и алмазов.

Обезвоживание

Обезвоживание - важный процесс при переработке полезных ископаемых. Целью обезвоживания является удаление воды, абсорбированной частицами, что увеличивает плотность пульпы. Это делается по ряду причин, в частности, для того, чтобы упростить транспортировку руды и концентратов, обеспечить возможность дальнейшей обработки и избавиться от пустой породы. Вода, извлеченная из руды путем обезвоживания, после отправки на водоочистные сооружения возвращается в оборот для работы завода. Основные процессы, которые используются при обезвоживании, включают обезвоживающие сита, такие как Грохоты Sepro-Sizetec, осаждение, фильтрация и термическая сушка. Сложность и стоимость этих процессов возрастают по мере уменьшения размера частиц.

Обезвоживающие сита работают, пропуская частицы через сито. Частицы проходят через экран, а вода проходит через отверстия в экране. Этот процесс применим только для крупных руд, которые имеют близкое распределение по размерам, поскольку отверстия могут пропускать мелкие частицы.

Осаждение осуществляется путем пропускания воды в большой загуститель или осветлитель. В этих устройствах частицы оседают из суспензии под действием силы тяжести или центростремительных сил. Они ограничены химией поверхности частиц и размером частиц. Чтобы способствовать процессу седиментации, добавляются флокулянты и коагулянты, чтобы уменьшить силы отталкивания между частицами. Эта сила отталкивания возникает из-за двойного слоя, образованного на поверхности частиц. Флокулянты работают за счет связывания нескольких частиц вместе, в то время как коагулянты работают за счет уменьшения толщины заряженного слоя на внешней стороне частицы. После загустения навозная жижа часто хранится в прудах или водохранилищах. Как вариант, его можно закачать в ленточный пресс или мембрана фильтр-пресс для рециркуляции технологической воды и создания штабелируемых сухих фильтровальных корок или «хвостов».^[6]

Термическая сушка обычно используется для мелких частиц и для удаления частиц с низким содержанием воды. Некоторые распространенные процессы включают роторные сушилки, псевдоожиженные слои, распылительные сушилки, подовые сушилки и сушилки с вращающимися тарелками. Этот процесс обычно дорог в эксплуатации из-за потребности сушилок в топливе.

Другие процессы

Много механические заводы также включать гидрометаллургический или же пирометаллургический процессы как часть добывающей металлургической операции. Геометаллургия это филиал добывающая металлургия который сочетает переработку полезных ископаемых с геологическими науками. Сюда входит изучение агломерации нефти.^{[7][8][9][10]}

Ряд вспомогательных обработка материалов операции также считаются отраслью обработки полезных ископаемых, такой как хранение (как в конструкции бункера), транспортировка, отбор проб, взвешивание, транспортировка жидкого навоза и пневмотранспорт.

Эффективность и действенность многих технологий обработки зависит от таких операций, как добыча полезных ископаемых и смешивание.^[11]

Конференции

Европейская металлургическая конференция (EMC)

Европейская металлургическая конференция EMC превратилась в важнейшее сетевое деловое мероприятие, посвященное промышленности цветных металлов в Европе. С самого начала конференции в 2001 году во Фридрихсхафене она принимала самых важных металлургов из всех стран мира. Конференция проводится каждые два года по приглашению Общества металлургов и горняков GDMB и предназначена, в частности, для производителей металла, заводов, поставщиков оборудования и поставщиков услуг, а также членов университетов и консультантов.

Смотрите также

• Шаровая мельница
• Дартмурская добыча олова
• Наука о плавании
• Коробка рокера

Примечания

Рекомендации

• Добби, Г.С., и Финч, Дж. А., 1991, Плавающая колонна: избранный обзор, часть II, 4 (7-11) 911-923
• Финч, Дж. А., 1995, Колонная флотация: избранный обзор, часть IV: Новые флотационные устройства, разработка полезных ископаемых, 8 (6), 587-602
• Миеттинен, Т., Ральстон, Дж., И Форнасьеро, Д., Пределы флотации мелких частиц, Minerals Engineering, 23, 420-437 (2010)
• Нгуен А.В., Ралстон Дж., Шульце Х.С., 1988 г., О моделировании вероятности прилипания пузырька к частице при флотации, Int. J. Мин. Proc., 53 (4) 225-249
• Пробштейн, Р. Ф. (2003) Физико-химическая гидродинамика: введение, Хобокен, Нью-Джерси, John Wiley & Sons, Inc., 141–142.
• Ралстон, Дж. Форнасьеро, Д., Хейс, Р., 1999, Прикрепление и отрыв частиц пузырьков при флотации, Int. J. Мин. Пр., 56 (1-4) 133-164

Источники

• Различные статьи в J. Day и R. F. Tylecote, Металлы в промышленной революции (Институт металлов, Лондон, 1991 г.).