Роль воды в обогащении полезных ископаемых

Глава 1. Назначение и роль операций обезвоживания при обогащении полезных ископаемых

Обогащение полезных ископаемых в большинстве случаев производится в водной среде и на обогатительных фабриках наиболее распространены так называемые мокрые процессы обогащения, в которых раскрытие и разделение минеральных компонентов происходит в водной среде. К ним относятся мокрое измельчение с последующей гидравлической классификацией, большинство гравитационных и магнитных процессов, флотация, гидрометаллургическая переработка руд и концентратов. При измельчении и классификации вода служит транспортирующей и разделительной средой. Роль воды при гравитационном обогащении заключается в разделении смеси минеральных зерен по плотности в регулируемых потоках и в создании сред заданной плотности. Для обогащения слабомагнитных железных руд (гематитовых, мартитовых) основными являются мокрые гравитационные процессы – обогащение на отсадочных машинах, концентрационных столах, винтовых сепараторах.

Больших объемов воды требует промывка глинистых железных и марганцевых руд. Для магнетитовых руд преобладающим способом обогащения является мокрая магнитная сепарация. На углеобогатительных фабриках вода расходуется на промывку углей, для отсадки и флотации, а также для транспортирования шламов. Процесс пенной флотации, получивший в последние годы наиболее широкое распространение для обогащения различного минерального сырья, также осуществляется в водной среде.

В процессах обогащения вода в определенном соотношении к массе твердого материала проходит через весь технологический цикл обогатительной фабрики. Для получения наиболее высоких показателей разделения каждую технологическую операцию проводят при определенном отношении жидкого к твердому. Расход воды при обогащении полезных ископаемых зависит от геолого-минералогической характеристики исходного сырья и его обогатимости, от принятого процесса обогащения, сложности технологической схемы, конечной крупности получаемых продуктов. В среднем расход воды только на технологические нужды изменяется в пределах 3–6 м³ на 1 т обогащаемой руды и достигает 15–17 м³/т на фабриках с развитой гравитационной схемой. Такая вода называется технологической или производственно-технологической.

Вода является универсальным средством для транспортирования продуктов обогащения по трубопроводам и желобам, например, из операции в операцию, из аппарата в аппарат. Значительные объемы воды расходуются на транспортирование отвальных хвостов в хвостохранилища.

Кроме того, на обогатительных фабриках вода расходуется для охлаждения подшипников оборудования, в мокрых пылеуловителях для очистки дымовых газов сушильных отделений и воздуха от пыли, для смыва просыпей конвейеров, промывки оборудования, уборки помещений и т.п.

Выделяют также хозяйственно-питьевую или хозяйственно-бытовую воду, применяемую для питья, гигиенических целей, в душевых, коммунально-бытовых сооружениях, в системах отопления, для тушения пожаров и пр.

1.2. Назначение операций обезвоживания
и их классификация

В результате обогащения с использованием мокрых процессов продукты получаются сильно обводненными и в таком виде не могут быть отправлены на дальнейшую переработку, например, в металлургический передел. Так, флотационные концентраты могут содержать до 4 м³, а хвосты – до 10 м³ воды на 1 т твердого. Кроме того, излишняя влага в концентратах удорожает их перевозку и хранение, уменьшает их сыпучесть, повышает вероятность смерзания в зимнее время. Поэтому для удаления избыточной влаги (воды) из полезного ископаемого и продуктов обогащения применяют ряд операций, называемых в общем случае обезвоживанием.

Обезвоживанием называют совокупность процессов удаления воды из обводненных продуктов обогащения.

Обезвоживание является заключительным этапом в технологической цепочке обогатительной фабрики, но от него во многом зависит эффективность всего горно-металлургического комплекса. Необходимость операций обезвоживания диктуется рядом причин. Во-первых, требованиями на влагу (кондициями) последующего передела концентрата – металлургического, химического и других производств. Для железорудных концентратов, наряду с массовой долей железа, влажность является показателем качества концентрата, так как существенно влияет на качество производимых окатышей и агломерата.

Содержание влаги в концентратах регламентируется ГОСТ и ТУ и должно быть в пределах:

– для магнетитовых концентратов на окомкование для получения офлюсованных окатышей – 9,5%;

– для магнетитовых концентратов на окомкование для получения неофлюсованных окатышей – 8,5%;

– для магнетитовых концентратов на агломерацию – 10–10,5%;

– для концентратов цветных металлов, поступающих в плавку, – 5–10%;

– уголь, идущий на коксование,– 7–8%;

– уголь, идущий на брикетирование,– 12–15%.

Соблюдение указанных требований обеспечивает снижение всех эксплуатационных расходов в дальнейшем переделе и повышение производительности агрегатов. Например, снижение влажности коксовой шихты на 1% обеспечивает увеличение производительности коксовых печей на 5%.

Во-вторых, обезвоживание продуктов обогащения необходимо для улучшения условий их транспорта и хранения концентратов. При этом содержание влаги в концентратах зависит от их крупности, времени года, климатических условий района. В зимнее время предельное содержание влаги в концентратах должно быть минимальным, чтобы они не смерзались при транспортировке, так как это затрудняет разгрузку концентратов из железнодорожных вагонов, увеличивает простои транспорта, и в целом удорожает стоимость перевозок. В летнее время предельно допустимая влажность должна быть выше, чтобы снизить потери концентратов за счет пыления и просыпей при транспортировании их в открытых вагонах. Например, для карагандинских углей предельная влажность в зимнее время 7,5%, в летнее – 10,5%, для апатитового концентрата – в зимнее время 1%, в летнее – 1,5%.

В третьих, в зависимости от минерального состава полезного ископаемого и принятой схемы обогащения операции обезвоживания могут занимать различное место в технологической схеме. Если технологией предусмотрены пневматические, радиометрические или электрические методы обогащения, а поступающее сырье содержит избыток влаги, то его предварительно сушат. Например, асбестовую руду сушат перед пневматическим обогащением.

В четвертых, часто операции сгущения и дешламации находятся в середине технологической схемы обогащения, если из продуктов необходимо удалить часть воды перед последующей операцией, в которой процент твердого должен быть выше. На флотационных фабриках при обогащении полиметаллических руд сгущению подвергают коллективные концентраты флотации с содержанием твердого 35–40% перед их доизмельчением, где необходима плотность пульпы 60–70% твердого. На магнито-обогатительных фабриках операция дешламации служит и для удаления тонких породных шламов в слив, и для сгущения разбавленных пульп и обеспечения оптимального разжижения в последующей операции мокрой магнитной сепарации.

В пятых, отделяемая от продуктов обогащения вода используется в качестве оборотной. Применение оборотного водоснабжения на обогатительных фабриках позволяет значительно экономить свежую воду, снижая ее удельный расход с 12 до 0,7 м³/т, и предотвращает загрязнение водоемов, используемых для хозяйственно-питьевых целей, нужд рыбного хозяйства, то есть решает природоохранные задачи. Хвосты обогащения обезвоживают для удобства их складирования, уменьшения емкости хвостохранилищ и получения оборотной воды для технологических нужд. Обогатительные фабрики – крупные потребители воды, и возврат в производство оборотной воды имеет большое значение для сбережения водных ресурсов.

В зависимости от свойств твердого (плотность, крупность частиц, их поверхностные свойства), соотношения Ж: Т в пульпе, требований к конечной влажности продукта, обезвоживание продуктов обогащения осуществляется в одну или несколько последовательных операций. К процессам обезвоживания относятся дренирование, сгущение, центрифугирование, фильтрование, сушка.

В свою очередь эти процессы классифицируются на механическое обезвоживание – дренирование, сгущение, центрифугирование, фильтрование; и на термическое обезвоживание – сушка.

Процессам обезвоживания служит специальная аппаратура, а для размещения обезвоживающего оборудования строятся специальные производственные помещения – сгустительные отделения, фильтровальные, фильтровально-сушильные отделения.

Несмотря на то, что обезвоживание относится к вспомогательным процессам обогащения полезных ископаемых, роль его постоянно возрастает. Важность процессов разделения твердой и жидкой фаз объясняется следующими причинами:

– качество добываемых руд постоянно снижается, в результате чего переработке и обезвоживанию подвергаются всё большие объемы продуктов;

– руды более низкого качества требуют более тонкого измельчения, а следовательно, и более сложных и дорогих процессов обезвоживания тонкоизмельченных концентратов с высокой удельной поверхностью, и более совершенного оборудования;

– затраты на разделение твердой и жидкой фаз составляют существенную долю общих капитальных и эксплуатационных затрат на современных обогатительных фабриках;

– инструкции по охране окружающей среды требуют предотвращения сброса загрязненных технологических вод в естественные водоемы.