Результаты вычислений

Составы шихт	D1	D2	SVуд
а	6,76	29,38	0,89
б	13,46	33,39	0,45
в	20,12	39,17	0,3
г	28,82	44,2	0,21

Задание к работе 3

Оперируя данными табл. П.3, рассчитать средние диаметры по формулам (3.21-3.22) и удельное определяющее свойство смесей. Дать анализ влияния полидисперсности смеси на результаты вычислений.

4. Обогащение руд

В природе общая концентрация железа составляет 4,2%, кислорода -49,7%, кремния -26%, алюминия -7,45%.

В России сосредоточено 24,2% мировых запасов и прогнозных ресурсов железных руд. Однако по содержанию железа в них 36% доля России составляет 14% (среднее содержание железа в рудах Бразилии составляет 58%, Австралии -62%, Индии -60%). Поэтому в нашей стране около 80% добываемых руд подвергают обогащению. При этом подземным способом добывается 7,5% руд. Считается, что месторождения железных руд отрабатывать выгодно, если запасы месторождения превышают 100 млн.т.

К общим требованиям, предъявляемым к рудам, можно отнести: высокое содержание железа и полезных примесей (Mn, Ni, V, W, Mo, V, Cr), низкое содержание вредных примесей (S, P, As, Zn, Pb), повышенное содержание основных оксидов (CaO, MgO), постоянство химического состава, высокая восстановимость и газопроницаемость (кусковатость, прочность). Важными характеристиками руд являются также их твердость, дробимость, истираемость, грансостав, влажность. Однако эти требования могут не относиться к рудам, подвергающимся обогащению и последующему окускованию, поскольку эти характеристики могут коренным образом изменяться перед проплавкой в доменной печи.

Практикой установлено, что увеличение содержания железа в доменной шихте на 1 % снижает удельный расход кокса на 0,8-1,2 % и повышает производительность доменных печей на 1,5-2,5%.

Обогащение - совокупность технологических процессов обработки руды, позволяющая удалить из нее в большей или в меньшей степени пустую породу (а иногда и вредные примеси) и вследствие этого повысить в руде содержание полезного компонента.

Из общего количества разведанных запасов железных руд России -17,4 % представлено рудами, которые могут использоваться без обогащения, 63,8 % - рудами, обогащаемыми по простым схемам, и 13,8 % -рудами, требующими сложных методов обогащения.

В результате обогащения руды получают: концентрат с преобладающим содержанием в нем рудного минерала; хвосты, состоящие в основном из пустой породы и незначительного количества полезных компонентов, извлечение которых на современном этапе технологии и техники обогащения экономически невыгодно; промежуточный продукт (промпродукт), который по содержанию рудных минералов занимает промежуточное положение между концентратом и хвостами и должен подвергаться дальнейшему обогащению.

Технология обогащения представляет собой совокупность отдельных частных процессов - подготовительных, основных и вспомогательных.

Подготовительное процессы предназначены для подготовки руды к обогащению: уменьшение крупности кусков руды, раскрытие сростков рудных и нерудных минералов и др. К этим процессам относятся дробление и измельчение руды, грохочение, классификация, магнетизирую­щий обжиг.

Основными являются процессы собственно обогащения руды.

Минералогический состав рудной части железных руд определяет технологию их обогащения. Методы обогащения основаны на использовании различий в физических и физико-химических свойствах разделяе­мых при обогащении компонентов (минералов) руды - цвете и блеске, промываемости, плотности, магнитной восприимчивости, смачиваемости поверхности и др. Различают следующие методы обогащения руд: рудоразборка, промывка, гравитационное обогащение, магнитная сепарация, обжигмагнитный способ и флотация.

Рудоразборка основана на различии в цвете (блеске) пустой породы и минералами, содержащими полезный компонент в руде.

Промывкой называется процесс обогащения руд в промывочных ма­шинах путем размывания водой, механического разрушения, дисперги­рования и удаления вместе с водой песчаных и глинистых пород, вхо­дящих в состав руда.

Промывке подвергаются бурые железняки, валунчатые глинистые и песчано-глинистые руды (мартитовые, гематитовые магнитные железняки), марганцевые руды, известняки. Промывка может быть либо самостоятельным либо подготовительным процессом, после которого мытая руда направляется на обогащение другим методом.

Гравитационные методы обогащения (статические и динамические) основаны на различии плотности минералов пустой породы и минералов, содержащих полезный компонент, плотность которых в 2 раза выше.

Статические методы проводят в тяжелых суспензиях, плотность которых (около 3 г/см³) имеет промежуточное значение между плотностью пустой породы и плотностью рудных минералов. Обогащению подвергают породы крупнее 3 мм. В такой системе пустая порода всплывает, а рудные минералы тонут. Суспензии готовят из тонкоизмельченного Fe-Si (0,4-0,5 кг/т руды). Этот способ нашел применение при обогащении марганцевых и хромовых руд и в незначительном количестве красных железняков.

Динамические методы основаны на различии скоростей движения в жидкости твердых частичек различной массы. Для осуществления сепарации необходимо, чтобы самые маленькие частички окислов железа, например, имели скорость осаждения больше, чем самые большие частички пустой породы. Это достигается разделением измельченной руды на ряд фракций с определенным соотношением максимальных и минимальных частичек в каждой фракции. Обогащению подвергаются руды крупностью 3-35 мм в отсадочных машинах под воздействием вертикального потока воды переменного направления. Слой руды на решетке пронизывается потоком воды, скорость которого выше скорости падения частиц. Удаления с решета верхнего слоя хвостов происходит через сливной порог аппарата потоком воды. Отсадкой в основном обогащаются марганцевые руды и в незначительном количестве бурые и красные железняки.

Магнитное обогащение основано на использовании различий в магнитных свойствах разделяемых минералов. Преимущественно разде­ление осуществляется в постоянном магнитном поле. Магнитная сепарация наиболее широко применяется при обогащения магнетитовых руд и титаномагнетитов. Если принять магнитные свойства железа за 100%, то магнитные свойства Fe₃O₄ и FeO*TiO₂ соответственно составят 40,2 и 24,7%, а Fe₂O₃ – 1,3%. Для обогащения руд крупностью более 6 мм применяют сухую магнитную сепарацию. Руды крупностью менее 0,1 мм обогащаются только мокрой (для лучшего разделения) магнитной сепарацией. При переработке слабомагнитных руд по комбинированным схемам магнитной сепарации подвергаются, как правило, отдельные продукты крупностью менее 3-5 мм.

Обжигмагнитный метод обогащения руд состоит из магнетизирую­щего обжига и магнитной сепарации в поле низкой напряженности. Этим способом обогащаются бурые, красные и шпатовые железняки. В результа­те магнетизирующего обжига в восстановительной среде слабомагнитные минералы железа переходят в ферромагнитные в основном в форму магнетита Fe₃0₄, иногда с последующим окислением до маггемита γ -Fe₂O₃. Первоначально обжиг руд производился в окислительной среде и служил для удаления серы, гидратной влаги из бурых железняков и повышения их восстановимости. В настоящее время эта задача решается при агломерации, а окислительный обжиг применяется при подготовке шпатовых железняков для разложения карбонатов и удаления серы. В последнее время все большее значение приобретает обжиг окисленных руд (красных и бурых железняков) в восстановительной среде для перевода слабомагнитной окиси железа в магнетит и последующего обогащения эффективным магнитным способом. На практике обжиг ведут при температурах 800-1000^оС в присутствии СО или Н₂:

3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂;

3Fe₂O₃ + H₂ = 2Fe₃O₄ + H₂O.

Такой обжиг еще называют магнетизирующим. Обжиг должен быть организован таким образом, чтобы не допустить переход Fe₃O₄ в FeO, обладающей слабомагнитными свойствами. При этом оптимальные параметры находят опытным путем для каждого типа руды. Для получения продукта высокого качества требуется уменьшение размера кусков руды и однородность гранулометрического состава. Обжиг богатых руд ведут при температурах выше 1000^оС с целью получения металлизованного продукта DRI (direct reduced iron). Обжиг ведут в трубчатых вращающихся печах или в печах кипящего слоя. Трубчатые печи имеют длину до 60 м, диаметром 3,5-4,0 м, футерованы изнутри огнеупорным кирпичем. Скорость вращения составляет 1-2 об/мин. Благодаря наклону к горизонту (до 5^о), руда крупностью 0-25 мм перемещается к разгрузочному концу. За время пребывания в печи (около 2-ух часов) из руды испаряется влага, удаляются летучие, в нижней части печи происходит восстановление до Fe₃O₄ (или до Fe_мет в случае металлизации). Основным элементом печи кипящего слоя является горизонтальный под с большим количеством отверстий. Через слой мелкой руды, помещенной на такую решетку, снизу вверх продувается горячий восстановительный газ. При достижении его определенной скорости слой руды переходит во взвешенное состояние, сыпучий материал приобретает некоторые свойства жидкости. По внешнему виду из-за взаимного перемещения частичек слой напоминает кипящую жидкость. Большая поверхность контакта твердого материала и газа обусловливает высокую интенсивность протекания химических реакций и теплообмена.

Обогащение флотацией основано на различии свойств поверхности (смачиваемости) рудного минерала и пустой порода. Обычно пустая порода гидрофильна (хорошо смачивающаяся водой) и опускается на дно, а рудный минерал гидрофобен и выносится пеной на поверхность жидкости, продуваемой воздухом. Для усиления именно таких свойств поверхности обогащаемый материал проходит сложную предварительную обработку различными веществами, так называемыми флотационными реагентами. Флотации подвергаются окисленные железные кварциты, хвосты магнитной сепарации, марганцевые концентраты и сливы промывки марганцевой руды.

Доля магнитного обогащения железных руд в нашей стране составляет около 80 %, около 15 % приходится на промывку и отсадку, остальное – на другие методы.

Вспомогательные процессы применяются для обработки продуктов, получаемых в результате обогащения. К ним относят сгущение шламов и осветление моечных вод, обезвоживание продуктов обогащения.

Результаты обогащение руд характеризуются следующими показателями: содержанием металла в исходной руде и продуктах обогащения; извлечением металла в продукты обогащения; глубиной обогащения; степенью сокращения; степенью обогащения.

Содержание металла в исходной руде α₀, в концентрате β_к и в хвостах ν определяют по данным химических анализов проб руды и продуктов обогащения.

1. Выход продукта (в %) представляет собою отношение массы продукта к массе исходной руды [4]:

(4.1)

Выход (в %) концентрата может быть также определен расчетным путем, составлением баланса металла:

(4.2)

Отсюда выход концентрата составит

(4.3)

А выход хвостов

(4.4)

Результаты полученных вычислений должны удовлетворять равенству:

(4.5)

2. Извлечение – показатель, обозначающий, какая часть всего количества полезного компонента, содержащегося в обогащаемой руде, перешла в концентрат или другой продукт обогащения. Извлечение выражается в процентах и вычисляется как отношение массы компонентов в данном продукте к его массе в обогащаемой руде

(4.6)

(4.7)

или

(4.8)

= 100 ( ) / ( ) (4.9)

Суммарное извлечение данного компонента во все полученные конечные продукты обогащения составляет 100%

Σ Ɛ_i = 100% (4.10)

Извлечение полезного компонента в тот или иной продукт обогащения не является исчерпывающей оценкой эффективности этого процесса, что можно показать в следующих примерах.

1.В результате обогащения вся масса полезного компонента перешла в концентрат, т.е. ʋ = 0. Тогда извлечение полезного компонента в концентратах по выражению (4.8) составит

2.Идеальный случай. Содержание полезного компонента в концентрате максимальное, т.е. равно его содержанию в чистом ведущем рудном минерале (β_к = β_м). Обогащение осуществляется без потерь полезного компонента, т.е. ʋ = 0. В этом случае извлечение полезного компонента в концентрат составит

Таким образом, результаты обогащения в этих примерах характеризуются одинаковым извлечением полезного компонента в концентрат, но при этом содержание этого компонента может быть различное.

Поэтому эффективность процесса обогащения следует оценивать двумя показателями: извлечением полезного компонента в концентрат, учитывающим потери ценного компонента с хвостами, и глубиной обогащения руды, показывающей резервы для достижения максимального содержания полезного компонента в концентрате обогащения. Глубину обогащения руды можно определить из выражения [8]

G = 100 · / , (4.11)

где β_м – содержание полезного компонента в чистом рудном минерале, %.

Концентраты с высоким содержанием полезного компонента называют суперконцентратами (концентратами глубокого обогащения). Например (см.табл.П.I), концентраты глубокого обогащения Лебединского ГОКа содержит 71.7% Fe при содержании его в ведущем рудном минерале – магнитите 100 ·  168 / 232 = 72,41%, т.е. G = 99%

Получение таких концентратов определяется уровнем развития технологии и техники процессов обогащения, потерями полезного компонента с хвостами и, в конечном счете, экономической эффективностью их дальнейшего передела, например, в агрегатах для получения металлизованного продукта.

Существуют и другие показатели обогащения. Степень сокращения – величина, обозначающая, во сколько раз выход полученного концентрата ɣ_к меньше количества перерабатываемого полезного ископаемого. Степень сокращения R выражает количество тонн руды, которое нужно переработать, что бы получить 1 тонну концентрата

R = 100 / = ( ) / ( ). (4.12)

Степень обогащения, или степень концентрации, К – показатель, обозначающей, во сколько раз увеличилось содержание компонента в концентрате по сравнению с его содержанием в исходной руде:

К = β_к / α₀ (4.13)

Пример:

При обогащении магнетитовой руды, содержащей 31% Fe (α_о = 31%), получен концентрат с содержанием Fe 67,5% (β_к = 67,5%) и хвосты с содержанием Fe 9,6% (ʋ = 9,6%). Определить основные технологические показатели обогащения.

Решение:

Выход концентрата

= 100 (31 - 9,6) / 67,5 - 9,6) = 37%.

Выход хвостов

₌= 100 (67,5 – 31) / (67,5 – 9,6) = 63%

Проверка:

_к + _хв = 37 + 63 = 100%

Извлечение железа в концентрат

= 67,5 · 37 / 31 = 80,55.

Извлечение железа в хвосты (потери с хвостами)

= 9,6 · 63 / 31 = 19,5%.

Проверка: Ɛ_к + Ɛ_хв = 80,5 + 19,5 = 100%

Глубина обогащения

G = 100 · / , = 100 ·67,5 /72,41 = 93,2%.

Степень сокращения

R = 100 / = 100 / 37 = 2,7 раза.

Степень обогащения

R = 100 / = 67,5 / 31 = 2,2 раза.

Задание к работе 4

Определить возможный способ обогащения руды, химический состав которой представлен в табл. П.I. Определить показатели обогащения, используя результаты выполненной работы I и данные табл. П.4. В случае изменения в процессе обогащения минералогического типа руды за β_м принимать содержание материала в ведущем минерале концентрата.