Специалисты по обогащению полезных ископаемых должны знать: 5 основных методов обогащения полезных ископаемых, принципы которых легко понять

Для каждого специалиста или студента в области обогащения полезных ископаемых глубокое понимание и владение основными методами обогащения полезных ископаемых является золотым ключом к раскрытию двери профессионального опыта. Отделение полезных ископаемых от пустой породы в руде является критическим шагом во всем процессе разработки и использования минеральных ресурсов. Цель обогащения полезных ископаемых - обогатить полезные ископаемые различными методами, удалить вредные примеси и предоставить квалифицированное сырье для последующей плавки или промышленного применения. В этой статье систематически рассматриваются и глубоко анализируются пять наиболее основных и широко используемых методов обогащения полезных ископаемых, чтобы помочь читателям сформировать четкую структуру знаний, обеспечивающую ясное понимание принципов и простое применение.

Эти пять основных методов:

•       Гравитационное разделение
•       Флотация
•       Магнитное разделение
•       Электростатическое разделение
•       Химическая обработка (гидрометаллургия)

01 Гравитационное разделение 

Гравитационное разделение (сокращенно гравитационное разделение) - одна из старейших технологий обогащения полезных ископаемых, применение которой насчитывает тысячи лет, начиная с добычи золота. Сегодня гравитационное разделение остается важным при переработке вольфрама, олова, золота, железной руды и угля благодаря своей низкой стоимости, минимальному воздействию на окружающую среду и высокой производительности.

Основной принцип:

Гравитационное разделение основано на различиях в плотности минералов. Когда частицы минералов находятся в движущейся среде (в основном воде или воздухе), они подвергаются совокупному воздействию силы тяжести, гидродинамики и других механических сил. Частицы высокой плотности быстро оседают и оседают в нижних слоях оборудования, в то время как частицы низкой плотности оседают медленно и оседают в верхних слоях. Специальное оборудование и технологические процессы могут разделять эти две группы плотности. Размер и форма частиц также влияют на процесс разделения, поэтому на практике часто требуется строгий контроль размера частиц поступающего материала.

Применимые условия:

• Существует значительная разница в плотности между минералами, что является предпосылкой для эффективной работы гравитационного разделения.
• Он может обрабатывать широкий диапазон размеров частиц и особенно хорошо подходит для обработки крупнозернистых руд, которые трудно обрабатывать другими методами. 
• Он подходит для переработки золота и олова, вольфрамита, гематита и угля.

Основное оборудование:

• Шлюз: Он разрыхляет слой породы и разделяет его на слои в соответствии с плотностью посредством периодического вертикального чередования потока воды. Обычно используется для обработки крупно- и среднезернистых руд и угля.
•  Вибростол: На наклонной поверхности он использует дифференциальное возвратно-поступательное движение потока воды и поверхности слоя для разрыхления и разделения частиц руды на слои и выполнения зонального разделения. Подходит для разделения мелкозернистых руд.
• Спиральный желоб/спиральный концентратор: Он использует совокупное воздействие силы тяжести, центробежной силы и потока воды для разделения рудной пульпы по мере ее протекания в спиральном желобе. Подходит для обработки мелкозернистых материалов с размером частиц от 0,03 мм до 0,6 мм. 
•  Сепаратор тяжелой среды: Он использует тяжелую суспензию с плотностью между полезными ископаемыми и пустой породой в качестве среды разделения. Частицы руды с плотностью меньше, чем у среды, всплывают, в то время как частицы с плотностью больше, чем у среды, опускаются, достигая точного разделения.

02 Флотация

Флотация - один из наиболее широко используемых методов обогащения полезных ископаемых, особенно при переработке цветных металлов (медь, свинец, цинк), драгоценных металлов (золото, серебро) и различных неметаллических руд.

Основные принципы:

Флотация использует различия в физических и химических свойствах поверхностей минералов, а именно, их различную флотируемость (гидрофобность). Добавляя ряд специальных флотационных реагентов в полностью измельченную пульпу, эти свойства поверхности можно искусственно изменить.

1. Регуляторы регулируют pH пульпы, среди прочих факторов, для создания оптимальной среды для функционирования других реагентов.

2. Коллекторы избирательно адсорбируются на поверхности целевого минерала, делая его гидрофобным (не смачиваемым водой).

3. Пенообразователи снижают поверхностное натяжение воды, генерируя большое количество стабильных пузырьков оптимального размера.

После обработки реагентом гидрофобные частицы целевого минерала избирательно прилипают к пузырькам и всплывают на поверхность пульпы, образуя минерализованный слой пены. Гидрофильные минералы пустой породы, с другой стороны, остаются в пульпе. Пена счищается скребком для получения обогащенного концентрата.

Применимые условия:

• Подходит для переработки различных сульфидных руд с мелким размером частиц и сложным составом, таких как медь, свинец, цинк, никель, молибден и другие руды. 
• Широко используется при разделении оксидных руд, неметаллических руд (таких как флюорит, апатит) и руд драгоценных металлов.
• Флотация - чрезвычайно эффективный метод разделения минералов с похожей плотностью и отсутствием очевидной разницы в магнитных и электрических свойствах.

Ключевые элементы (система реагентов):

Эффективность флотации во многом зависит от правильной системы реагентов, включая тип реагента, дозировку, порядок добавления и местоположение.

• Коллекторы: Эти реагенты, такие как ксантаты и нитроглицерины, являются ключом к достижению гидрофобности. 
• Пенообразователи: Эти реагенты, такие как сосновое масло (масло № 2), отвечают за создание стабильной пены. 
• Регуляторы: Эти реагенты включают активаторы (такие как сульфат меди), ингибиторы (такие как известь и цианид) и регуляторы pH, используемые для усиления или уменьшения флотируемости минералов и улучшения селективности разделения.

03 Магнитное разделение

Магнитное разделение - физический метод, который использует магнитную разницу минералов для сортировки. Процесс прост и обычно не вызывает загрязнения окружающей среды. Он играет незаменимую роль при отборе руд черных металлов (особенно железной руды). Он также широко используется для удаления железосодержащих примесей или извлечения магнитных веществ из других минералов.

Основной принцип:

Когда частицы руды проходят через неоднородное магнитное поле, создаваемое магнитным сепаратором, частицы руды с разными магнитными свойствами будут подвергаться магнитным силам разной величины. 

• Сильномагнитные минералы (такие как магнетит) будут притягиваться сильной магнитной силой и адсорбироваться на поверхности магнитного полюса (например, магнитного барабана). С движением магнитного полюса они переносятся в указанное положение, покидают магнитное поле и падают, становясь концентратами. 
• Немагнитные или слабомагнитные минералы (такие как кварц и некоторая пустая порода) подвергаются небольшому или почти никакому магнитному воздействию. Под действием силы тяжести и центробежной силы они движутся по первоначальной траектории и становятся хвостами.

Применимые условия:

• Сортировка магнетита: Магнитное разделение - наиболее важный и эффективный метод переработки магнетита.
• Сортировка других магнитных минералов: Его также можно использовать для сортировки марганцевой руды, хромита, ильменита и некоторых редкоземельных минералов со слабой магнитной силой (таких как вольфрамит).
• Удаление железа: При очистке неметаллических минеральных сырьевых материалов, таких как керамика и стекло, он используется для удаления вредных примесей железа для улучшения белизны продукта.
• Извлечение тяжелой среды: При обогащении угля или руды тяжелой средой он используется для извлечения магнитных тяжелых материалов, таких как порошок магнетита.

Основное оборудование:

Существует много типов магнитных сепараторов. В соответствии с напряженностью магнитного поля их можно разделить на сепараторы со слабым магнитным полем, средним магнитным полем и сильным магнитным полем; в соответствии со структурой оборудования их можно разделить на барабанные, роликовые, дисковые и колонные магнитные сепараторы.

• Барабанный магнитный сепаратор с постоянным магнитом: Наиболее широко используемый, часто используется для переработки сильномагнитного магнетита и делится на типы с прямым, обратным и полупротивотоком в соответствии с направлением потока пульпы. 
• Высокоградиентный магнитный сепаратор: Он может создавать сильный градиент магнитного поля, который используется для сортировки слабомагнитных минералов или удаления мелкозернистых примесей железа. • Магнитный шкив/магнитный барабан: Обычно используется для сухой предварительной селекции для удаления крупных кусков железа перед тем, как материал попадает в дробилку для защиты оборудования.

04 Электрическое разделение

Электростатическое разделение использует различия в проводящих свойствах минералов для их разделения в высоковольтном электрическом поле. Этот сухой метод разделения особенно подходит для районов с нехваткой воды. Хотя он не так широко используется, как предыдущие три метода, он играет незаменимую роль в разделении определенных комбинаций минералов, таких как шеелит от касситерита и циркон от рутила.

 Основной принцип:

Процесс электростатического разделения в основном включает два этапа: зарядка и разделение.Когда предварительно нагретые и высушенные частицы минералов попадают в высоковольтное электрическое поле, образованное коронными электродами и вращающимися роликами: 

• Проводящие минералы (такие как ильменит и касситерит) быстро приобретают электрический заряд и быстро рассеивают его из-за контакта с заземленными роликами. Потеряв свой заряд, они выбрасываются с роликов центробежной силой и силой тяжести. 
• Непроводящие минералы (такие как циркон и кварц) имеют плохую проводимость и их трудно рассеять после приобретения электрического заряда. Они притягиваются к поверхности ролика электростатическими силами, перемещаясь к задней части ролика по мере его вращения, а затем сметаются щетками.Поскольку два минерала имеют значительно разные траектории движения, достигается разделение. 

Применимые условия:

• Должны быть значительные различия в электропроводности между минералами. Общие проводящие минералы включают магнетит, ильменит, касситерит и т. д.; непроводящие минералы включают кварц, циркон, полевой шпат, шеелит и т. д. 
• Обычно используется при отборе цветных металлов, черных металлов и руд редких металлов, особенно для разделения сопутствующих минералов из смешанных концентратов гравитационного или магнитного разделения. 
• Отбираемые материалы должны быть строго сухими, чистыми и однородными по размеру частиц. 

Основное оборудование: 

• Роликовый электростатический сепаратор: Это наиболее часто используемое оборудование для электростатического разделения, которое состоит из вращающегося заземленного ролика и высоковольтного коронного электрода для формирования рабочей зоны.
• Пластинчатый/экранный электростатический сепаратор: Он используется для обработки материалов с разными диапазонами размеров частиц.

05 Химическое обогащение руды / Гидрометаллургия

Химическое обогащение руды, часто тесно связанное с концепцией гидрометаллургии, использует химические реакции для изменения физических фаз минеральных компонентов, тем самым отделяя полезные компоненты от примесей. Этот метод особенно подходит для переработки низкосортных, сложных и тонкодисперсных руд, таких как оксид меди, золото и урановые руды, которые трудно разделить с использованием традиционных методов физического разделения.

 Основной принцип:

 Его суть - селективное выщелачивание. Используя определенный химический растворитель (выщелачиватель), в определенных температурных и атмосферных условиях целевой металл или его соединения в руде избирательно растворяются в растворе, в то время как минералы пустой породы остаются в твердой фазе (остаток выщелачивания).

Основные этапы включают:

      1. Выщелачивание: Руда обрабатывается выщелачивающим агентом, таким как кислота (например, серная кислота), щелочь (например, гидроксид натрия) или солевой раствор (например, цианид), чтобы высвободить полезный металл в жидкую фазу. 

      2. Разделение жидкость-твердое вещество: Раствор, обогащенный целевым металлом (выщелачиватель), отделяется от остатка выщелачивания.

      3. Очистка и обогащение раствора: Используйте осаждение, экстракцию растворителем или ионный обмен, чтобы удалить ионы примесей в растворе и увеличить концентрацию целевого металла.

      4. Извлечение металла: Извлеките конечный металлический продукт или его соединение из очищенного раствора путем электролиза, вытеснения или осаждения.

Применимые условия:

• Переработка низкосортных оксидных руд: Например, процесс кислотного выщелачивания-экстракции-электролиза для низкосортных оксидных руд меди. 
• Извлечение драгоценных металлов: Например, метод цианидного выщелачивания для золотых руд является наиболее широко используемым процессом извлечения золота. 
• Переработка сложных и трудноразделимых руд: Для руд с похожими физическими свойствами и сложными взаимосвязанными отношениями химическое обогащение часто является единственным эффективным способом. 
• Извлечение металла из отходов: Он имеет широкие перспективы в таких областях, как переработка аккумуляторов и обработка электронных отходов. 

Типичные процессы:

• Цианидное извлечение золота: Используйте раствор цианида натрия для растворения золота в руде, а затем замените золото порошком цинка.
• Кислотное выщелачивание меди: Выщелачивайте оксидную руду меди разбавленной серной кислотой, чтобы получить раствор сульфата меди, который затем экстрагируют и подвергают электролизу для получения высокочистой катодной меди. 
•  Процесс Байера для производства глинозема: Обработка бокситов раствором гидроксида натрия в нагретых и находящихся под давлением условиях - классический гидрометаллургический процесс производства глинозема.

Пять фундаментальных методов разделения минералов - гравитационное разделение, флотация, магнитное разделение, электростатическое разделение и химическое разделение - составляют краеугольный камень современной технологии обогащения полезных ископаемых. Каждый метод имеет свои уникальные научные принципы и область применения. В реальном производстве инженеры-обогатители часто должны гибко выбирать один метод или комбинировать несколько методов, основываясь на конкретных свойствах руды (таких как минеральный состав, особенности распространения, физические и химические свойства), технико-экономических показателях и требованиях охраны окружающей среды, чтобы разработать оптимальный процесс обогащения полезных ископаемых, тем самым достигая эффективного, экономичного и экологически чистого освоения минеральных ресурсов. Глубокое понимание и овладение этими фундаментальными принципами имеет основополагающее значение для каждого инженера-обогатителя полезных ископаемых для решения практических задач и содействия технологическим инновациям.