Методы обогащения сырья

Характеристика сырья

Комплексное использование сырья и вторичных ресурсов

Сырье — один из основных компонентов производственного процесса, свойства которого в значительной степени определяют экономичность процесса, качество и себестоимость продукции.

Сырье представляет собой вещества и материалы, предназна­ченные для дальнейшей переработки и получения промышлен­ной и потребительской продукции.

По происхождению сырье подразделяют на минеральное, расти­тельное и животное. В промышленности преимущественно применяют минеральное сырье, представленное рудными, нерудными и горючими природными ископаемыми.

Рудным минеральным сырьем называют горные породы, содер­жащие металлы, из которых их извлекают в процессе переработки. Например, магнитный железняк, содержащий Fe₃0₄, красный железняк, в состав которого входят оксиды Fe₂0₃ и гидроксиды Fe(OH)₃ железа.

Медные руды обычно содержат сернистые соединения меди — медный блеск Cu₂S, сульфид меди CuS, медный колчедан, или халькопирит, FeCuS₂.

По добываемому металлу руды бывают железными, медными, свинцовыми, медно-никелевыми и т.д. Руды, из которых извле­кают несколько металлов, называют полиметаллическими. В окис­ленных рудах металл находится в виде оксидов или других кисло­родсодержащих соединений — силикатов, карбонатов и т.д. В суль­фидных рудах металл связан в соединения с двухвалентной серой.

Нерудным сырьем называют все неорганические материалы, не содержащие металлы. Например, сырьем для производства фос­форных удобрений служат апатиты, которые имеют в своем со­ставе фторапатит — Ca₅F(P0₄)₃ и трикальцийфосфат — Са₃(Р0₄)₂. При производстве калийных удобрений используют природный минерал — сильвинит.

К горючему минеральному сырью относят органические ископа­емые — уголь, торф, сланцы, нефть, газ.

В промышленности стремятся применять концентрированное сырье, что позволяет увеличить скорость процесса при его пере­работке, снизить энергозатраты, использовать различные компо­ненты сырья в разных производствах.

Минералами являются физически обособленные вещества или смеси веществ, которые существуют в природе.

Известно несколько методов обогащения минерального сырья. В основе методов механического обогащения твердого сырья лежат различные физические и физико-химические свойства минералов, методов химического обогащения — различные химические свой­ства компонентов сырья, методов термического обогащения — раз­личные температуры плавления отдельных составляющих сырья (последние используются в промышленности сравнительно редко).

При обогащении получают две или более фракций. Фракцию, обогащенную одним компонентом горной породы, называют кон­центратом. Фракции, состоящие из минералов, не используемых в данном производстве, называют хвостами.

Рассмотрим некоторые способы обогащения, наиболее часто применяемые в промышленности.

Механические способы обогащения твердых материалов включа­ют рассеивание (грохочение), гравитационное разделение, элект­ромагнитную и электростатическую сепарацию, а также флотацию.

Рассеивание материалов по крупности зерен применяют в тех случаях, когда порода состоит из прочных (вязких) и непрочных (хрупких) минералов. Последние измельчаются легче, образуют более мелкую фракцию и при рассеивании проходят через отвер­стия сита. Рассеивание минерального сырья называется грохочени­ем, а применяемые металлические сита — грохотами. Таким спо­собом проводят обогащение фосфорита.

Гравитационное разделение основано на разной скорости паде­ния частиц различной плотности и размера в потоке жидкости или газа. Этот способ широко применяется для обогащения сырья в производстве силикатных материалов, минеральных солей и в металлургии.

Принципиальная схема мокрого гравитационного обогащения представлена на рис. 3.4. Измельченный материал, перемешанный с водой в смесителе, подается в виде пульпы в отстойник, разде­ленный вертикальными перегородками на три осадительные ка­меры. Каждая камера снабжена в нижней части бункером. Самые крупные и тяжелые частицы оседают наиболее быстро в камере I, средние — в камере II, легкие — в камере III. Наиболее мелкие и легкие частицы породы уносятся водой из отстойника.

Электромагнитное обогащение применяется для отделения маг­нитного материала от немагнитных составляющих. Под действием электромагнитного поля меняется траектория движения магнит­ных частиц и они отделяются от пустой породы.

Флотация (от англ. float — плавать на поверхности) — один из наиболее распространенных способов обогащения, применяемый

Измельченная

порода Вода

Крупные частицы Мелкие частицы Воздух

Рис. 3.4. Принципиальная схема мокрого гравитационного обогащения (I, II, III— камеры аппарата)

Рис. 3.5. Влияние смачивания (θ — угол смачивания): 1— несмачиваемая частица; 2—- смачиваемая частица

в промышленности (например, для отделения апатита от нефели­на, разделения на фракции полиметаллических сульфидных руд, обогащения каменного угля и т.д.).

Флотация основана на различной смачиваемости минералов водой. Положение на границе трех фаз: твердое тело — жидкость — воздух, показано на рис. 3.5. Жидкость образует с несмачиваемой частицей / тупой краевой угол в,, а со смачиваемой частицей 2 острый угол 0₂. Силы поверхностного натяжения стремятся вы­ровнять уровень жидкости. В результате этого смачиваемая (гидро­фильная) частица погружается в жидкость, а несмачиваемая (гид­рофобная) частица выталкивается из жидкости, т.е. остается на поверхности воды.

Через смесь тонко измельченного минерала во флотатор по­дают воздух. В результате подъема пузырьков на поверхности жид­кости образуется слой пены, наполненный частицами гидрофоб­ного минерала. Более смачиваемые частицы остаются в объеме пульпы во взвешенном состоянии и постепенно опускаются на дно.

Для создания благоприятных условий флотации в пульпу вво­дят флотационные реагенты. Подбирают различные вещества, спо­собные усилить гидрофильность определенных компонентов ми­нерала. Проводя многократную, селективную флотацию сырья, последовательно получают ряд концентратов, содержащих различ­ные компоненты. Под водой остается пустая порода. Расход фло­тационных реагентов невелик и обычно не превышает 100 г на 1 т обрабатываемого сырья.

Галлургический метод, основанный на различной растворимо­сти отдельных компонентов разделяемой смеси, применяется, на­пример, при извлечении хлорида калия из природного сильвини­та. Однако этот метод более сложен и менее экономичен по срав­нению с флотацией.

В металлургической промышленности для переработки руд ис­пользуют пирометаллургический метод, основанный на действии высоких температур, и гидрометаллургический метод. Типовыми разновидностями пирометаллургических процессов являются об- жиг, плавка и дистилляция. Для гидрометаллургических процес­сов наиболее характерно выщелачивание отдельных компонентов и осаждение их из растворов.

Химические методы обогащения основаны на применении реа­гентов, которые избирательно концентрируют одно из веществ, входящих в состав смеси, или на образовании и осаждении новых соединений.

В промышленности широко применяется метод экстракции. Раствор обрабатывают экстрагентом, в который переходит один из компонентов раствора.

Метод образования труднорастворимых соединений широко применяют при очистке сточных вод.

Дата добавления: 2014-01-11