Главная цель обогащения состоит в том, чтобы отделить пустую породу от ценного минерала, повысив концентрацию полезного компонента. Результатом является получение товарного продукта, соответствующего требованиям к сырью для металлургической, топливно-энергетической и др. отраслей промышленности. Далее введем некоторые определения для лучшего понимания процесса обогащения полезных ископаемых.
Полезное ископаемое — это природное минеральное образование в земной коре неорганического и органического происхождения, химический состав и физические свойства, которых позволяют использовать их в сфере материального производства. Руда представляет собой полезное ископаемое, в котором находится достаточное количество ценных компонентов для того, чтобы их извлечение при современном состоянии науки, техники и технологий было экономически целесообразным.
В ходе обогатительных процессов полезное ископаемое разделяется на три основных продукта: концентрат, промежуточный продукт и хвосты. (рис.1)
Концентрат содержит во много раз больше полезного вещества, чем в исходной руде и может направляться на дальнейшую переработку, например, на окускование.
Рис. 1. Продукты обогащения
Отвальные хвосты являются отходами обогащения полезных ископаемых, в которых содержание полезного компонента ниже, чем в исходном сырье и дальнейшее обогащение экономически не целесообразно.
Промежуточные продукты — характеризуются более низким по сравнению с концентратами и более высоким по сравнению с хвостами содержанием полезных компонентов. Они подвергаются дополнительной переработке для получения кондиционного концентрата и отвальных хвостов.
История развития обогатительных процессов неразрывно связана с техническим прогрессом человеческой цивилизации: от простого подбора камней для орудий труда до сложных механизированных комплексов.
Древнейшим методом обогащения следует считать ручную рудоразборку. Еще в эпоху неолита люди разделяли минералы по цвету, блеску, твердости и форме, отбирая наиболее прочные породы. Этот примитивный, но эффективный метод стал прообразом современных процессов сортировки полезных ископаемых.
Следующим значительным этапом стало открытие промывки — первого гравитационного процесса, основанного на разнице в плотности разделяемых минералов. Золото, обладающее высокой плотностью, оседало на дне лотка или шлюза, в то время как легкие песок и глина смывались потоком воды. Устройства для промывки — деревянные лотки, шлюзы из бараньих шкур, бутары — были известны еще во времена Геродота.
XIX век стал эпохой коренных преобразований в обогащении. Интенсивное развитие механических методов началось с середины столетия, что было связано с ростом промышленности и необходимостью переработки полезных ископаемых.
В 1830–1840 годах в Германии появились первые механизированные поршневые отсадочные машины, представлена на рис. 2, в них разделяемый материал находится на решете. При вертикальных пульсациях воды слой материала попеременно разрыхляется и уплотняется. В результате тяжелые частицы концентрируются в нижних слоях, а легкие — в верхних. После остановки пульсаций слои раздельно разгружаются. В них колебания воды создавались движением поршня в отдельной камере. Прорывом стало изобретение беспоршневой отсадочной машины Ф. Баумом (Германия) в 1891 году, где пульсации создавались за счет попеременного подвода сжатого воздуха под решето.
Рис. 2. Отсадочная машина: 1 — привод; 2 — решето; 3 — корпус
Развитие электротехники во второй половине XIX века привело к созданию принципиально новых методов разделения.
Магнитная сепарация использует разницу в магнитной восприимчивости минералов. Механизация процесса началась в конце XVIII века. В 1792 году В. Фуллер (Англия) запатентовал первую конструкцию для магнитной сепарации железной руды.
Дальнейший прогресс был связан с созданием электромагнитов. В 1901 году Л. Блек и Д. Моршер (США) предложили сепаратор для разделения проводников и диэлектриков, а в 1905 году Г. Гуфф усовершенствовал его, создав конструкцию с вращающимся барабаном-электродом. В этом аппарате проводящие частицы теряли заряд и отскакивали, а непроводящие прилипали к барабану. В России первый отечественный барабанный магнитный сепаратор создал В. А. Петров в 1911 году.
Электрическая сепарация, основанная на различии в электропроводности или диэлектрической проницаемости, также получила развитие на рубеже XIX–XX веков.
В XX веке впервые появилась флотация и она сразу стала самым революционным методом, позволившим вовлечь в переработку цветные металлы. Флотация — это обогащение полезных ископаемых, характеризуется избирательным прилипанием частиц к поверхности двух фаз: жидкость — газ; жидкость — жидкость и др. В основе метода лежит различная смачиваемость поверхности минералов. Гидрофобные частицы прилипают к пузырькам воздуха и всплывают на поверхность пульпы, образуя пенный слой, в то время как гидрофильные остаются в воде.
Первые промышленные флотационные машины появились около 1910 года. Их создали американские учёные Т. Гувер (машина механического типа, 1910 год) и Д. Кэллоу (машина пневматического типа, 1914 год). К 1930-м годам флотация стала основным методом обогащения руд цветных и редких металлов, что навсегда изменило облик горно-обогатительной промышленности.
Рис. 3 Флотомашина с воздушным перемешиванием
В настоящее время обогатительные фабрики представляют собой мощные высокотехнологичные, высокомеханизированные и автоматизированные промышленные предприятия со сложными технологическими процессами и схемами, насыщенные разнообразными машинами и аппаратами. Современные обогатительные предприятия все чаще внедряют цифровые технологии в свои производственные процессы. На некоторых фабриках устанавливаются такие системы как «Умные советчики», и всеобъемлющие комплексные системы типа «Умный ГОК» с применением беспилотной карьерной техники. Большой вклад в развитие обогатительной отрасли вносится как учеными, так и производителями оборудования.
Система «Умный советчик» — это интеллектуальный помощник, который в режиме реального времени анализирует данные технологического процесса и выдаёт рекомендации операторам обогатительного оборудования.
Основные преимущества «Умного советчика»:
– повышение оперативности реагирования на отклонения в процессе;
– стабилизация и оптимизация производственного процесса;
– минимизация потерь ценных компонентов и расхода реагентов;
– возможность прогнозирования качества получаемого концентрата;
– снижение влияния человеческого фактора (усталость, недостаток опыта у флотатора).
Таким образом, внедрение данных систем позволяет не только предоставлять рекомендации, но и анализировать данные для повышения эффективности производства.
На сегодняшний день сформировалась техническая база обогащения, включающая весь спектр процессов: от дробления и измельчения до гравитационных, магнитных и флотационных методов разделения. Эволюция прошла путь от интуитивной ручной разборки и примитивной промывки до научно обоснованного проектирования сложных механизированных фабрик. Гравитационные методы оставались основными для углей и руд крупного вкрапления. Магнитная и электрическая сепарация открыли возможности для разделения по физическим свойствам. Флотация совершила настоящую революцию, обеспечив рентабельную переработку бедных руд. Эти достижения, основанные на фундаментальных исследованиях и инженерном творчестве, заложили прочный фундамент для современных высокоэффективных технологий, которые и сегодня определяют перспективы развития отрасли.
Литература:
- Основы обогащения полезных ископаемых: Учебник для вузов. — 2-е изд., стер.: В 2т — М.: Издательство Московского государственного горного университета, издательство «Горная книга», 2008. — Т.1. Обогатительные процессы. — 417с.: ил. (Обогащение полезных ископаемых) автор Авдохин В. М.
- Обогащение полезных ископаемых: учебное пособие / сост. Пузыревская И. А. — Благовещенск: Изд-во АмГУ, 2014.- 96 с.
- https://www.vnedra.ru/tag/obogashhenie-poleznyh-iskopaemyh/
- https://dprom.online/processing/tsifrovoj-sovetchik-flotatsii/
- https://ntcbakor.ru/press-center/element/obogashchenie-poleznykh-iskopaemykh/
- https://dprom.kz/pererabotka/mirovye-trendy-v-obogashhenii-i-pererabotke-tvyordyh-poleznyh-iskopaemyh/
