Как найти концентрат обогащения

Технологические показатели обогащения

Основными технологическими показателями процессов обогащения полезных ископаемых являются качество и выход продуктов, извлечение ценных компонентов. Технологические показатели обогащения позволяют рассчитать различные параметры.

Качество продуктов обогащения определяется содержанием ценных компонентов, вредных примесей, гранулометрическим составом и должно отвечать требованиям, предъявляемым к ним потребителями. Требования к качеству концентратов называются кондициями, регламентируются они ГОСТами, техническими условиями (ТУ) и временными нормами.

Кондиции устанавливают среднее и минимально или максимально допустимое содержание различных компонентов в конечных продуктах обогащения и, если необходимо, содержание классов определенной крупности в получаемых продуктах или их гранулометрический состав.

Содержание компонентов в исходном полезном ископаемом (α), полученных концентратах (β) и хвостах (θ) обычно дается в процентах, а содержание драгоценных металлов — в граммах на тонну продукта (г/т).

Выход продукта обогащения (γ) — количество полученного продукта (концентрата, хвостов), выраженное в процентах или долях единицы к исходному. Суммарный выход всех продуктов обогащения должен соответствовать выходу исходного материала, принимаемому за 100 %. При разделении обогащаемого сырья на два конечных продукта — концентрат (с выходом γк) и хвосты (с выходом γхв) — это условие записывается в виде следующего равенства, которое называется уравнением баланса продуктов:

Считая, что количество ценного компонента в исходном (100 α) равно его суммарному количеству в концентрате (γк β) и хвостах (γхв θ), можно составить с учетом равенства (2.1) уравнение баланса компонента по исходному материалу и продуктам обогащения:

Решая уравнение (2.2) относительно γк (%), получаем зависимости для расчета выхода концентрата и хвостов:

Извлечение (ε) — показатель, обозначающий, какая часть извлекаемого компонента, содержащегося в исходном материале, перешла в концентрат или другой продукт обогащения. Извлечение выражается в процентах, реже — в долях единицы и определяется как отношение массы компонента в данном продукте (γi,βi) к его массе в исходном материале (100 α).

Извлечение компонента в концентрат составляет:

Если выход концентрата неизвестен, то извлечение компонента в концентрат можно рассчитать по уравнению полученному подстановкой в уравнение (2.4) выражения для ук из уравнения (2.3). ;

Суммарное извлечение каждого компонента во все полученные конечные продукты обогащения составляет 100 %. Извлечение ценных компонентов в концентрат при обогащении полезных ископаемых составляет от 60 до 95 % и выше.

Степень концентрации (К) — показатель, обозначающий, во сколько раз увеличилось содержание полезного компонента в концентрате по сравнению с его содержанием в исходном материале. Определяется как отношение содержания полезного компонента в концентрате (βк) к содержанию его в исходном материале (α):

Степень концентрации при обогащении полезных ископаемых может быть от 2 до 100.

Степень сокращения (R) — показатель, обозначающий, во сколько раз масса полученного концентрата (γк) меньше массы переработанного полезного ископаемого. Степень сокращения при обогащении полезных ископаемых может составлять от 2 до 50 и более.

Эффективность обогащения (η) полезного ископаемого при разделении его на два продукта обычно определяется по формуле Ханкокка—Луйксна:

Процесс весьма эффективен, если (η) > 75 %, эффективен при (η) > 50 % и неэффективен — (η) < 25 %.

Уровень комплексности использования минерального сырья оценивается обобщающим показателем — коэффициентом комплексности (Кк), представляющим отношение стоимости извлеченных в товарную продукцию полезных компонентов к стоимости полезных компонентов в исходном сырье по единым ценам.

где Mт.пi и Mсi — массовая доля ценных компонентов соответственно в товарной продукции и сырье; Цо.пi — единые оптовые цены, установленные на компоненты в товарном виде.

Эффективность обогащения определяется с учетом того, что в исходной руде содержится один извлекаемый минерал — магнетит (Fe304). Для данной руды αмин равно отношению содержания железа в исходной руде к содержанию железа в минерале Fе304. Последнее в долях единицы равно 0,724 (подсчитано по атомным массам элементов Fе и О в Fe304). Таким образом,

Качественно-количественные показатели характеризуют техническое совершенство технологического процесса обогащения. При прочих равных условиях чем выше содержание ценного компонента в концентрате, его извлечение и показатели степени сокращения и концентрации, тем выше эффективность обогащения (более подробно в основы обогащения полезных ископаемых).

Если известны
иr_i,
то выход фракцииjв
крупностиi

.

После удаления из
крупного класса породы П1 оставшийся
продукт додрабливают до d_n
и находят раскрытие класса –d_n
+d_{з max}.
После удаления из этого класса породы
П2 оставшийся продукт додрабливают доd_зmax и
находят раскрытие класса +d_зmax
–d_1ср, удаляют из него
породу П3 и концентрат К1 и т.д.

После дробления
jфракции в крупном
классеr₁величина
доли других классов изменяется

после дробления
класса

;

после дробления
класса

и т.д.

12.6. Современные разработки схем по принципу «не обогащать ничего лишнего»

В современных
условиях, когда имеется технологическое
оборудование для обогащения руд любой
крупности, разрабатываются схемы,
частично реализующие рекомендуемую
общую схему обогащения.

Схема обогащения
сурьмяной руды с получением двух
концентратов [60] представлена на рис.
12.9. После первой стадии обогащения
используются гравитационные аппараты
для извлечения грубозернистого
концентрата антимонита (Sb₂S₃)
плотностью 4500-4600 кг/м³.
После второй стадии измельчения
использована флотация по схеме: основная
флотация, две контрольные и три перечистки.

Рис. 12.9. Схема стадиального обогащения
сурьмяной руды

К1,2 – крупнозернистый и среднезернистый
концентрат; К3 – мелкозернистый
концентрат; П5 – порода, выделяемая в
последнем (пятом) технологическом
классе.

Схема обогащения
медноколчеданной руды с выводом трех
концентратов и двух хвостов разработана
для Гайской обогатительной фабрики.

Сульфиды обычно
обогащаются флотацией. Однако,
необходимость доведения крупности руды
до флотационной приводит к переизмельчению
сульфидов.

Авторы [61] предлагают
фракционное (стадиальное) обогащение
сульфидных руд, применяя гравитационные
методы обогащения сульфидов в
дофлотационной крупности.

Гравитационным
обогащением из материала крупностью +
0,10 мм из руды Гайского месторождения
можно выделить свободное золото и
коллективный сульфидный концентрат
(50 % пирита, 22 % халькопирита и 6,5 % сфалерита)
и отвальные хвосты с выходом 50 %.

Материал крупностью
-0,10+0,044 мм успешно обогащается флотацией.

Для Гайской
обогатительной фабрики создана такая
схема, рис. 12.12, в которой слив второй и
третьей стадий измельчения флотируются
с выводом медного концентрата при
«голодном» режиме по расходу собирателя,
рис.12.12 с использованием аэрофлота
вместо бутилового ксантогената.
Высказанное нами в [62] 2001 году положение
о необходимости такого режима нашло
практическое подтверждение.

Извлечение меди
в концентраты К1 и К2 составляет 30-40 %.

Рис. 12.12. Стадиальная схема обогащения
руды на Гайской обогатительной фабрике

Специфические
схемы для выделения концентратов
разработаны для Николаевского и
Орловского месторождений [69,64].
«Стадиальность» в этих случаях, рис.
12.13 достигается различными режимами
проведения флотации. При этом концентраты
называют по-разному: «медный концентрат
головки», «медный концентрат» и «медный
продукт». Получаемые показатели для
отдельных продуктов приведены в табл.
12.1.

При таком решении
в концентрат К1 выводятся легкофлотируемые
минералы, как правило в «голодном»
режиме по подаче собирателя. Затем
обеспечивается вывод породы П3 (в данном
случае — пирита), после чего выводится
концентрат К2, и наконец К3. В связи с
наличием второго флотируемого минерала
– цинка реализуется его извлечение и
вывод хвостов П4 – П5.

Рис. 12.13. Схема обогащения с выделением
трех концентратов и двух хвостов

Таблица 12.1

Технологические показатели обогащения

Выход продукта (γ) – количество полученного продукта (концентрата, хвоста), выраженное в % или в долях единицы к исходному. Суммарный выход всех продуктов обогащения должен соответствовать выходу исходного материала, принимаемому за 100%.

Два конечных продукта: концентрат и хвосты

Считая, что количество ценного компонента в исходном (100α) равно его суммарному количеству в концентрате (γ_кβ) и хвостах (γ_хвθ), можно составить с учетом равенства уравнение Валенса компонента по исходному материалу и продуктам обогащения.

Решая уравнение относительно получаем зависимости для расчета выхода концентрата и хвостов:

Извлечение ( ) – показатель, обозначающий какая часть извлекаемого компонента, содержащегося в исходном материале, перешла в концентрат или другой продукт обогащения. Извлечение выражается в % реже – в долях единицы и определяется как отношение массы компонента в данном продукте ( ) к его массе в исходном материале (100 ).

Извлечение компонента в концентрат составляет:

Если выход концентрата неизвестен, то извлечение компонента в концентрат можно рассчитать по уравнению:

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

Извлечение ценных компонентов в концентрат при обогащении полезных ископаемых составляет от 60% до 95% и выше.

Степень концентрации (К) – показатель который показывает во сколько раз увеличивалась содержание полезного компонента в концентрате по сравнению с его содержанием в исходном материале( ):

Степень концентрации при обогащении полезных ископаемых может быть от 2 до 100 .

Степень сокращения(R)– показатель, обозначающий, во сколько раз масса полученного концентрата ( ) меньше массы переработанного полезного ископаемого. Степень сокращения при обогащении полезных ископаемых может составлять от 2 до50 и более.

Эффективность обогащения ( ) полезного ископаемого при разделении его на продукта обычно определяется по формуле Ханкокка – Луйкена:

.

Процесс весьма эффективен, если , эффективности при >50% и неэффективен –

Любой магнитный сепаратор состоит из следующих основных конструктивных узлов: магнитной системы; питателя для подачи руды в рабочую зону сепаратора; устройства для транспортирования магнитного продукта из зоны действия магнитных сил; привода и кожуха или ванны. Конструкция отдельных узлов и режим работы различных типов сепараторов характеризуются большим разнообразием.

Разделение минералов осуществляется в рабочей зоне магнитных сепараторов. Исходный материал при верхней подаче поступает непосредственно на рабочий орган — барабан, валок, диск и др., при нижней — в зазор между ним и питающим лотком, дном ванны или полюсным наконечником. Магнитные частицы под действием магнитного поля притягиваются к поверхности рабочего органа и выносятся за пределы действия магнитных сил, где разгружаются в приемники для магнитного продукта. Немагнитные частицы скользят под действием центробежных сил и сил тяжести по поверхности рабочего органа, полюсного наконечника, лотка или дну ванны и разгружаются в приемники для немагнитного продукта.

Технологический и товарный баланс продуктов обогащения

Для учета и технической отчетности на фабрике определяются следующие основные показатели: количество переработанной руды и полученных концентратов; содержание металлов в руде, концен­тратах и хвостах; извлечение металлов в концентраты и потери его с отвальными хвостами; время работы и простоев оборудования; расход электроэнергии; реагентов; воды и других материалов; себестоимость получаемых концентратов и производительность труда. Кроме того, на фабрике осуществляется оперативный контроль правильности ведения процесса для своевременного выявления отклонений от установленного режима, управления процессом и его совершенствования.

С целью оперативного руководства технологическим процес­сом, составления технологического и товарного баланса, коли­чественно-шламовой схемы, определения эффективности работы отдельных циклов обогащения и основного оборудования, эффек­тивности реагентного режима производится опробование руды и продуктов обогащения.

Для учета качественных и количественных показателей работы обогатительной фабрики за определенный период времени составляются балансы металла, которые являются основным документом технического отчета фабрики.

Под балансом металлов на обогатительной фабрике подразуме­вается отчет о поступлении и переработке руды, составленный по определенной форме и отражающий работу фабрики, ее отдельных цехов за смену, сутки, декаду, месяц, квартал и год. Со­ставленный баланс металлов за отчетный период дает представ­ление о техническом уровне работы фабрики, о степени извлече­ния металлов, а также о культуре производства, точности учета и контроля. Он является основой всех технико-экономических рас­четов как при анализе работы фабрики за отчетный период, так и при планировании дальнейшей ее работы.

На обогатительных фабриках различают два вида балансов: технологический и товарный.

Технологический баланс металлов составляется по данным химических анализов руды и продуктов обогащения и сухой массы переработанной руды за данный период времени (смену, сутки, декаду, месяц, квартал и год).

Технологический баланс необходим для:

оперативного контроля и управления ходом технологических процессов, соблюдения кондиций на получаемые концентраты и хвосты, и определения извлечения металлов в концентраты;

оценки работы отдельных смен, секций, бригад и фабрики в целом по качественным и количественным показателям;

начисления заработной платы рабочим фабрики.

Результаты расчета технологического баланса оформляются в виде таблицы.

Технологический баланс металлов

Продукт	Выход	Содержание, %	Извлечение, %
т	%	свинца	цинка	свинца	цинка
Концентрат: Свинцовый Цинковый Хвосты Исходная руда	69,0 4,0 0,3 7,65	4,0 45,0 1,2 7,1	90,2 6,8 3,0 100,0	5,57 81,6 12,83 100,0

где a₁ — содержание металла в исходной руде, %; g₁ — выход концентрата, %; g₂ — выход пром. продукта, %; g₃ — выход хвостов, %; b₁— содержание металла в концентрате, %; b₂— содержание металла в пром. продукте, %; b₃— содержание металла в хвостах, %.

Товарный баланс составляется по фактическому количеству переработанного сырья, выданных концентратов и отвальных хвостов, количеству продуктов, оставшихся в незавер­шенном производстве, количеству механических потерь, по хими­ческим анализам руды, концентратов, хвостов и продуктов незавершенного производства. Таким образом, товарный баланс отражает результаты фактической деятельности фабрики. Соста­вляют товарный баланс за декаду, месяц, квартал и год.

Товарный баланс необходим для:

учета и анализа количества и качества переработанных руд, полученных концентратов и хвостов, а также для учета и анализа конечных показателей обогащения — извлечения металлов в то­варные концентраты;

учета остатков руды, концентратов, хвостов и продуктов незавершенного производства за отчетный период;

определения количества механических потерь металлов в про­цессе производства с целью дальнейшего устранения или сниже­ния этих потерь;

финансовых, хозяйственных и арбитражных расчетов фабрики с поставщиками руды и потребителями концентратов;

начисления заработной платы руководящему составу фабрики и установление премиальной системы оплаты труда.

Для составления товарного баланса необходимо знать:

массу и влажность руд, поступающих на фабрику за отчетный период;

массу и влажность концентратов, отгруженных потребителям;

массу и влажность остатков руды, концентратов и продуктов незавершенного производства на начало и конец отчетного пе­риода;

содержание металлов в руде, поступающей на фабрику за отчетный период;

содержание металлов в концентратах, отгруженных потреби­телям за отчетный период;

содержание металлов в отвальных хвостах;

результаты учета механических потерь руды, концентратов и. других продуктов по обогатительной фабрике (пылеобразование, слив сгустителей и т. п.);

итоговые данные технологического баланса за отчетный период.

Товарный баланс составляется по уравнению:

где Q_c-масса переработанного за отчетный период сырья, т; α_c-содержание в нем ценного компонента, %; Q_сн, Q_кн— масса остатков на складах соответственно сырья и концентрата, перешедших с предыдущего отчетного года, т; α_cн, β_кн – содержание металла в остатках соответственно руды и концентрата, %; Q_к – масса концентрата, отправленного потребителям за отчетный период, т; β_к – содержание ценного компонента в концентрате, %; Q_ск, Q_кк – остатки на складах соответственно сырья и концентрата, перешедшие на следующий отчетный период, т; α_cк, β_кк— содержание ценного компонента в остатках соответственно сырья и концентрата, %; Q_х – масса ценного компонента в хвостах, %; М- масса ценного компонента в механических потерях (за отчетный период).

Таким образом, принципиальное различие между технологи­ческим и товарным балансом состоит в том, что в технологическом балансе не учитываются механические потери в различных ста­диях обогащения. Поэтому технологическое извлечение бывает, как правило, выше товарного. Причинами такого несоответствия могут быть также неправильная организация опробования, ошибки при анализе на влажность руды и продуктов обогащения, ошибки химических анализов, неточность учета остатков концент­ратов и продуктов незавершенного производства.

Сопоставление и анализ технологического и товарного балан­сов позволяет обнаружить источники потерь, ошибки при взвеши­вании, опробовании и различных анализах.

Расчет качественно-количественной схемы флотации монометаллической руды

НИТУ «МИСиС»

В.А. Игнаткина

_____________

ОСНОВЫ ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Методические рекомендации для выполнения

Части домашнего задания

Москва 2017

Методические рекомендации по выполнению домашнего задания часть 3 по дисциплине «Основы обогащения полезных ископаемых». Самостоятельная работа студентов в форме выполнения домашнего задания позволяет закрепить знания по дисциплине, получить умения, навыки расчетов баланса ценного компонента, качественно-количественной схемы флотации.

3Расчет баланса металлов и качественно-количественной схемы флотации

1. Основные данные:

— технологические показатели процесса обогащения: содержание металла в исходной руде и продуктах обогащения, выход продуктов, извлечение металла;

— уравнение баланса металла;

— особенности принципиальных схем флотации моно- и полиметаллических руд.

2. Расчет баланса металла и качественно-количественной схемы флотации монометаллической руды.

Расчет баланса металла монометаллической руды

Технологический баланс металлов составляется по данным химических анализов руды и продуктов обогащения и сухой массы переработанной руды за определенный период времени. Технологический баланс необходим для оперативного контроля и управления ходом технологических процессов, соблюдения кондиций на получаемые концентраты и хвосты, и определения извлечения металлов в концентраты.

Баланс металла рассчитывается по технологическим показателям руды и конечных продуктов обогащения (концентрата и хвостов). Введем следующие обозначения:

α, β, θ — соответственно содержание металла в исходной руде, в концентрате и хвостах;

γ_исх., γ_к, γ_хв. — соответственно выход исходной руды (γ_исх.=100%) концентрата и хвостов, % ε — извлечение металла в руде равно 100%;ε — извлечение металла в концентрат, %;

ε — потери металла в хвостах, %.

Количество металла в руде равно его количеству в концентрате, и хвостах:

Выход концентрата для однокомпонентной руды :

.

Извлечение металла в концентрат рассчитывается по формуле

,

а если выход концентрата неизвестен, то

.

Потери металла в хвостах составят:

Пример расчета

Рассчитать баланс металла при обогащении медно-порфировой руды, содержащей 0,5% меди (α_Cu=0,5%); медный концентрат, полученный в результате обогащения этой руды по схеме, представленной на рис.1, содержит 18% меди (β_Cu= 18%) при извлечении меди в концентрат ε_Cu=92%; производительность фабрики равна 10000 т/сут. На рисунке 1 приведена схема с показателями обогащения меди по конечным продуктам флотации.

Рисунок 1 — Схема с исходными данными для расчета баланса

Баланс по конечным продуктам монометаллической руды можно рассчитать из схемы, представленной на рисунке 1, либо в табличной форме. Исходные данные вносим в соответствующие графы таблицы баланса металлов (табл.1).

Определяется выход медного концентрате:

Тогда выход хвостов:

Извлечение меди в хвосты (потери меди):

Содержание меди в хвостах:

Затем определяется масса полученных продуктов — медного концентрата и хвостов — по заданной производительности фабрики.

Масса медного концентрата:

M_хв= 10000 — 255 = 9745 т/сут.

Таблица 1 — Баланс металла

Продукты	Выход продукта	Содержание меди βCu, %	Извлечение меди εCu, %
%	т/сут.
Cu — концентрат	2,6	18,00	92,0
Хвосты	97,4	0,041	8,0
Исходная руда	0,5

Из рассчитанного баланса металла технологические показатели по исходному и конечному продуктам переносятся на схему (рис. 2). Нумеруются все операции, продукты. Исходя из практики обогащения медных руд принимаются следующие значения содержаний меди в продуктах разделения: β₁=8%; β₂=0,2%; β₄=2%; β₅ =0,8%.

При назначении содержания металла в продуктах разделения следует пользоваться допустимыми значениями степени обогащения (степени концентрации) К=β/α, которые могут быть достигнуты в различных операциях флотации. Степень обогащения в основных операциях составляет 5-20 (при расчете принципиальных схем флотации бедных руд можно принять К=100-200); в перечистых -1,2-3, причем в каждой последующей операции перечистной флотации степень обогащения должна уменьшаться.

Рисунок 2 — Принципиальная схема флотации медно-порфировой руды

Расчет качественно-количественной схемы флотации монометаллической руды

Расчет схемы ведется снизу вверх, т.е. от последних операций к первой. После составления и решения системы линейных уравнений для каждой операции разделения, определяются выходы всех продуктов.

Для каждой операции разделения составляются уравнения баланса по массе продуктов и по ценному компоненту.

Перечистная флотация

Уравнение баланса по массе продуктов

Уравнение баланса по ценному компоненту

Решается система линейных уравнении

γ₁₌ γ₃₊ γ_4,

Из таблицы 1 баланса металла известно, что

После подстановки в уравнение значений γ₁, β₁, β₃и β₄ получается:

Это уравнение решается относительно γ₄, в результате чего находится γ₄=4,3; γ₁=6,8.

Контрольная флотация

Аналогичным путем составляются уравнение баланса для операции III:

γ₂₌ γ₅₊ γ_6,

γ₆=97,5 (из таблицы баланса металла)

Системе уравнений (6) решается относительно γ₅:

По известным значениям γ₃и γ₄определяется γ₁ :

Затем рассчитывается значения извлечения металла в каждом продукте по формуле