Переработка полезных ископаемых: металлургия.

переработка полезных ископаемых, искусство обработки сырых руд и минеральных продуктов с целью отделения ценных минералов от пустой породы или пустой породы. Это первый процесс, которому подвергается большинство руд после добычи, чтобы обеспечить более концентрированный материал для процессов добывающей металлургии. Основными операциями являются измельчение и концентрация, но на современном обогатительном заводе есть и другие важные операции, включая отбор проб, анализ и обезвоживание. Все эти операции рассмотрены в этой статье.

Отбор проб и анализ

Для получения информации, необходимой для экономической оценки руд и концентратов, проводятся плановые отборы проб и анализы перерабатываемого сырья. Кроме того, современные заводы имеют полностью автоматические системы управления, которые проводят поточный анализ материала по мере его переработки и вносят коррективы на любом этапе, чтобы производить максимально богатый концентрат при минимальных эксплуатационных затратах.

Выборка

Отбор проб — это отбор из данной партии материала части, которая репрезентативна для всего, но имеет удобный размер для анализа. Это делается вручную или с помощью машины. Ручной отбор проб обычно является дорогостоящим, медленным и неточным процессом, поэтому его обычно применяют только в тех случаях, когда материал не подходит для машинного отбора проб (например, шлаковатая руда) или когда оборудование либо недоступно, либо его установка слишком дорога.

Доступно множество различных устройств для отбора проб, включая лопаты, трубные пробоотборники и автоматические пробоотборники. Для того чтобы эти машины для отбора проб обеспечивали точное представление всей партии, решающее значение имеют количество одной пробы, общее количество проб и тип взятых проб. Для определения соответствующих критериев отбора проб был разработан ряд математических моделей выборки.

Анализ

После того, как одна или несколько проб взяты из количества руды, проходящей через поток материала, такой как конвейерная лента, образцы уменьшаются до количеств, пригодных для дальнейшего анализа. Аналитические методы включают химические, минералогические и гранулометрические методы.

Химический анализ

Еще до XVI века были известны комплексные схемы опробования (измерения ценности) руд с использованием методик, существенно не отличающихся от применяемых в наше время. Хотя традиционные методы химического анализа используются сегодня для обнаружения и оценки количества элементов в рудах и минералах, они медленны и недостаточно точны, особенно при низких концентрациях, чтобы быть полностью пригодными для управления технологическими процессами. Как следствие, для достижения большей эффективности во все большей степени используется сложное аналитическое оборудование.

В эмиссионной спектроскопии электрический разряд устанавливается между парой электродов, один из которых изготовлен из анализируемого материала. Электрический разряд испаряет часть образца и возбуждает элементы в образце, излучающие характерные спектры. Обнаружение и измерение длин волн и интенсивности спектров излучения позволяют определить идентичность и концентрацию элементов в образце.

В рентгенофлуоресцентной спектроскопии образец, бомбардируемый рентгеновскими лучами, испускает флуоресцентное рентгеновское излучение с длинами волн, характерными для его элементов. Количество испускаемого рентгеновского излучения связано с концентрацией отдельных элементов в образце. Чувствительность и точность этого метода плохие для элементов с низким атомным номером ( т. е. с небольшим количеством протонов в ядре, таких как бор и бериллий), но для шлаков, руд, агломератов и окатышей, где большинство элементов находится в В диапазоне более высоких атомных номеров, как в случае с золотом и свинцом, этот метод в целом оказался подходящим.

Минералогический анализ

Успешное отделение ценного минерала от руды можно определить с помощью испытания тяжелой жидкостью, при котором фракция измельченной руды одного размера суспендируется в жидкости с высоким удельным весом. Частицы меньшей плотности, чем жидкость, остаются на плаву, а более плотные тонут. Можно получить несколько различных фракций частиц с одинаковой плотностью (а значит, и сходным составом) и затем определить ценные минеральные компоненты химическим анализом или микроскопическим анализом шлифов.

Анализ размеров

Грубо измельченные минералы можно классифицировать по крупности, пропуская их через специальные сита или сита, для которых приняты различные национальные и международные стандарты. Одним из старых стандартов (ныне устаревших) была серия Tyler, в которой проволочные сетки идентифицировались по размеру ячеек, измеряемому в проволоках или отверстиях на дюйм. Современные стандарты теперь классифицируют сита по размеру отверстий, измеряемому в миллиметрах или микрометрах (10–6 метров).

Минеральные частицы размером менее 50 микрометров можно классифицировать с помощью различных оптических методов измерения, в которых используются световые или лазерные лучи различных частот.

измельчение

Чтобы отделить ценные компоненты руды от пустой породы, минералы необходимо физически освободить от сцепленного состояния путем измельчения. Как правило, измельчение начинается с измельчения руды до определенного размера и заканчивается ее измельчением в порошок, конечная крупность которого зависит от крупности вкраплений желаемого минерала.

В первобытные времена дробилки представляли собой небольшие ручные песты и ступки, а измельчение производилось жерновами, вращаемыми людьми, лошадьми или гидросилой. Сегодня эти процессы осуществляются в механизированных дробилках и мельницах. В то время как дробление осуществляется преимущественно в сухих условиях, мельницы могут работать как в сухом, так и в мокром виде, причем преобладает мокрое измельчение.

Дробление

Некоторые руды встречаются в природе как смеси отдельных минеральных частиц, например золото в гравийных пластах и ​​ручьях и алмазы в шахтах. Эти смеси требуют незначительного дробления или вообще не требуют его дробления, поскольку ценности можно извлечь с помощью других методов (например, измельчения россыпного материала в моечных машинах для бревен). Однако большинство руд состоят из твердых, прочных горных пород, которые необходимо измельчить, прежде чем можно будет высвободить ценные минералы.

Чтобы получить измельченный материал, пригодный для использования в качестве сырья для мельниц (100 процентов кусков должны иметь диаметр менее 10–14 миллиметров или 0,4–0,6 дюйма), дробление осуществляется поэтапно. На первом этапе в основном используются щековые дробилки с шириной отверстий до двух метров. Они измельчают руду до размера менее 150 миллиметров, что является подходящим размером для использования в качестве сырья для вторичной стадии дробления. На этом этапе руда измельчается в конусных дробилках до размеров менее 10–15 миллиметров. Этот материал является сырьем для мельницы.

Шлифование

На этой стадии процесса измельченный материал может быть дополнительно измельчен в цилиндрической мельнице, которая представляет собой цилиндрический контейнер, построенный с различным соотношением длины к диаметру, установленный с практически горизонтальной осью и частично заполненный мелющими телами (например, кремневыми камнями). , железные или стальные шарики), которые падают под действием силы тяжести при вращении контейнера.

Особой разработкой является автогенная или полуавтогенная мельница. Автогенные мельницы работают без мелющих тел; вместо этого более грубая часть руды просто измельчает себя и более мелкие фракции. В полуавтогенные мельницы (получившие распространение) добавляют от 5 до 10% мелющих тел (обычно металлических сфер).

Дробление/измельчение

Еще одной разработкой, совмещающей процессы дробления и измельчения, является валковая дробилка. По существу он состоит из двух цилиндров, которые установлены на горизонтальных валах и приводятся в движение в противоположных направлениях. Цилиндры сжимаются под высоким давлением, так что измельчение происходит в слое материала между ними.