Способи видобування мінеральної сировини та підготовка її до використання

Видобуванням та первинною обробкою сировини займається гірнича промисловість, яка являє собою сукупність різних підприємств: рудників, шахт, промислів, приісків, кар’єрів та збагачувальних фабрик.

В залежності від глибини залягання мінеральної сировини, її роз­робку здійснюють як відкритим так і підземним способом.

Відкрита розробка значно простіша ніж підземна і включає три основні види робіт: підготовчі, скришні, добичні (очисні).

Підготовчі роботи заключаються в вирубці з поверхні кар’єрного поля лісів, чагарників, осушення дільниці, прокладка під’їздних шляхів і відведення рік та ін.

Скришні роботи: видалення пустої породи, що покривав родовище різними способами, в залежності від фізичних властивостей породи. Рихлі та м’які - екскаваторами різної конструкції, твердо-скальні породи спочатку розрихлюють вибухом, а потім вибирають екскаваторами.

Добичні (очисні) роботи - добування корисних копалин способами, які залежать від фізичних властивостей.

Позитивні сторони відкритої розробки:

- більш безпечна і дешева;

- не потребує кріплення і провітрювання гірничих виробок;

- дає можливість застосувати потужну, високопродуктивну техніку.

Негативні сторони:

- сильно забруднює навколишнє середовище (кар’єр гірничого комбінату викидає в повітря 3500-3900 тон пилу щорічно). А всі шахти Кривбасу за рік дають лише 3,5 тис. тон пилу та газу.

- виводить з користування великі території плодородних земель.

Видобування копалин підземним способом дорожче відкритого способу приблизно в 3 рази.

При підземній розробці корисних копалин будуються складні споруди - шахти, які мають під землею складне та велике господарство - верти­кальні, горизонтальні та нахилені гірничі виробки. Руда та інші копа­лини видобуваються шляхом ручної проходки, з допомогою пневматичних відбійних молотків, застосовується вибуховий спосіб проходки з засто­суванням вибухових речовин. Використовуються також гірничі машини: бурильні, гірничопрохідницькі комбайни, підземні транспортні машини та інше обладнання.

З видобутих мінеральних речовин тільки незначна частина придатна для безпосереднього використання. Більшість корисних копалин внаслідок некондиційності не задовольняють потреби послідуючої переробки.

В сучасній металургії застосовується сировина, яка вміщує від 15 до 75% металу, а в природних рудах його бував нерідко всього 0,1-4,0%, їх використання економічно не рентабельне, а тому приведення корисних копалин до кондиційного виду досягається певною попередньою підготовкою та збагаченням.

Основними операціями попередньої переробки корисних копалин можуть бути:

- сортування – розділення по крупності;

- подрібнення та грохотування – розділення на фракції подрібненої продукції;

- помол, сушка, промивання, обезпилювання, застосовуються всі, або частина їх.

Так, як корисних компонентів в копалинах в більшості випадків не достатньо для безпосередньої переробки, виникає необхідність концентрувати корисні копалини, тобто проводити збагачення.

Збагаченню піддаються не тільки металічні руди, а і неметалічні копалини.

Внаслідок збагачення утворюється концентрат - продукт з підвищеним вмістом корисної речовини і відходи (хвости).

Збагачення ґрунтується на використанні різних фізичних та фізико-хімічних властивостей корисної копалини і пустої породи: питомої ваги, здатності до змочування поверхні, магнітної проникності, електропровід­ності, твердості та ін., що дозволяє відділити їх одне від одного.

Найбільші широке застосування одержали слідуючи способи збагачення: рудорозборка (ручне сортування) збагачення по крупності - розсіювання, гравітаційне збагачення, флотація, магнітна сепарація, хімічне збага­чення.

Розглянемо деякі способи збагачення, які мають найбільше засто­сування.

Гравітаційне збагачення. Основане на різній швидкості падіння часток подрібненого матеріалу різної щільності і величини в потоці рідини або газу, або надії відцентрових сил. Воно бував мокре та сухе, частіше мокре в потоці води.

Принципову схему гравітаційного збагачення можна уявити так: одержана в баку з мішалкою пульпа (концентрована суміш твердої подрібненої породи в воді) подається потоком води в відстійник, розділений на три осадочні камери з нижніми бункерами. В першій камері осідають більш крупні і важкі частки, середні - в другій камері, а найменші та найлегші - в третій камері. Самі легкі та дрібні частки (найчастіше пуста порода) виносяться з відстійника з потоком води.

Економічним апаратом для мокрого гравітаційного збагачення, основаного на дії відцентрових сил, являється гідроциклон. Його корпус має циліндричну та конічну частини. Через боковий патрубок по дотичній до циліндричного корпусу подається під тиском пульпа. При обертанні пульпи, важкі частки під дією відцентрових сил відкидаються до стінок, ущільнюються, рухаються по спіральній траєкторії вниз і виводяться в нижній частині конічного корпусу. Завислі в рідині легкі частки піднімаються по шламовому патрубку в камеру зливу та видаляються з неї.

Гравітаційні методи застосовуються для збагачення сировини при виробництві мінеральних солей, силікатних матеріалів, в металургії, а також при збагачення вугілля.

Флотація. Збагачення основане на різному змочуванні мінералів водою та органічними речовинами - флотореагентами. Для здійснення процесу флотації в суміш води з подрібненою породою (пульпу) додають невелику кількість хімічних речовин - флотореагентів (органічні кис­лоти, їх солі, спирти, кубові залишки) і продувають повітрям в спе­ціальних флотаційних машинах, внаслідок чого утворюється велика кількість повітряних бульбашок, які захоплюють флотований матеріал і разом з ним утворюють піну, яка виходить з машини. На поверхні піну збирають в спеціальні відстійники, відфільтровують, виділяючи флота­ційний концентрат.

Змочена водою пуста порода осідає, утворюючи шлам (хвости) і направляється у хвосто- (шламо) – сховище.

Магнітна сепарація. Збагачення основане на різниці в магнітній проникності: мінералів, складаючих гірську масу. Це руди заліза, нікелю, кобальту. Апарати для магнітного збагачення називаються електромагніт­ними сепараторами.

В електромагнітному сепараторі в барабан стрічкового транспортера вмонтований електромагніт. Роздрібнена сировина, проходячи над по­верхнею барабана розділяється: немагнітні частки падають в бункер для немагнітної фракції (хвости), магнітні частки затримуються на стрічці, до виходу стрічки з поля дії електромагніта, а потім попадає у відповідний бункер, це і є концентрат.

Одержаний концентрат дуже дрібний і не може бути використаний в такому вигляд для одержання металів чи їх сплавів. Тому виникає потреба огрудкування дрібних концентратів для дальшої їх переробки.

Огрудкування частіше всього проводять з допомогою агломерації та окомкування.

Агломерація. Для одержання офлюсованого агломерату складають шихту з дрібних та порошкоподібних концентратів і руд, колошникового пилу, а також з подрібненого палива – вугілля, коксику (коксу круп­ністю часток до 3мм) і вапняку, зволожують і перемішують в змішуючих пристроях. Зпікання здійснюють при температурі 1100-1200° С на спеці­альних агломераційних стрічкових машинах, де паливо згоряє, внаслідок чого змінюється хімічний склад шихти. Кальцій вапняку при температурі біля 900°С розкладається на оксид кальцію СаО та діоксид вуглецю СО₂, сірка вигоряє, оксиди заліза частково відновлюються до FeO який з SiO₂ пустої породи утворює силікат заліза Fe₂SiO₄. Цей силікат розтоплюється і зв’язує другі частки шихти, при цьому утворюється пористий матеріал - агломерат.

Окомкування. Окатиші міцніші ніж агломерат, при транспорту­ванні не розсипаються, тому їх застосування більш бажане.

Для одержання окатишів концентрат змішують з 0,3-1,5% бетоніту (подрібнена глина), суміш зволожують і завантажують в тарільчатий або барабанний гранулятор, що обертається. При обертанні глянулятора зволожена рудна маса утворює кульковидні комки. Після досягнення ними розміру 25-30мм їх вивантажують з гранулятора і направляють на стрічкову конвеєрну машину, де вони проходять зони сушки (250-400°С), обпалення (І200-1350°С) і охолодження.

В процесі обпалення окатиші зпікаються і зміцнюються. При введенні в шихту вапняку отримують офлюсовані окатиші для доменної плавки.