Содержание статьи
Введение в технологии обогащения руд
Обогащение полезных ископаемых представляет собой важнейший этап горнодобывающего производства, осуществляемый после дробления и измельчения рудного материала. Основная цель обогащения заключается в повышении содержания ценных компонентов в руде путем отделения полезных минералов от пустой породы. Современные обогатительные фабрики используют различные физические и физико-химические свойства минералов для их разделения.
После дробления и измельчения руды до необходимой крупности применяются различные методы обогащения, каждый из которых основан на специфических свойствах минералов. Основными технологическими процессами являются гравитационное обогащение, флотация и магнитная сепарация. Выбор конкретного метода зависит от минералогического состава руды, крупности вкрапленности полезных минералов, требуемого качества концентрата и экономической целесообразности.
Гравитационное обогащение
Принцип действия и область применения
Гравитационное обогащение является древнейшим методом переработки полезных ископаемых, основанным на разделении минеральных частиц по плотности в поле силы тяжести или центробежных сил. Разделение происходит благодаря различию в характере и скорости движения частиц в водной или воздушной среде под действием силы тяжести и сил сопротивления.
Этот метод особенно эффективен для обогащения руд, содержащих минералы с существенной разницей в плотности. Гравитационное обогащение является основным методом для извлечения золота, олова, вольфрама, тантала, ильменита, циркона, монацита и других тяжелых минералов. Также метод широко применяется при обогащении углей, россыпных месторождений и в качестве одной из стадий комбинированных схем обогащения руд черных и цветных металлов.
Основное оборудование гравитационного обогащения
| Тип оборудования | Принцип работы | Область применения | Крупность материала |
|---|---|---|---|
| Отсадочные машины | Разделение в пульсирующем потоке воды на решете с искусственной постелью | Золото, олово, вольфрам, железные руды | От 0,1 до 50 мм |
| Концентрационные столы | Разделение на наклонной вибрирующей поверхности с рифлями | Доводка гравиоконцентратов, россыпное золото | От 0,04 до 2 мм |
| Шлюзы | Улавливание тяжелых частиц в ячейках на наклонном желобе | Золото, платина, касситерит из россыпей | От 0,1 до 10 мм |
| Винтовые сепараторы | Разделение по спирали под действием центробежной силы | Железные руды, хромиты, титановые минералы | От 0,04 до 3 мм |
| Центробежные концентраторы | Разделение в центробежном поле | Тонкое золото, платина, тяжелые минералы | От 0,001 до 1 мм |
Технологические особенности
При гравитационном обогащении на отсадочных машинах измельченная руда смешивается с водой, образуя пульпу, которая подается на решето аппарата. Перед началом работы на решето укладывается искусственная постель из металлической дроби или гематитовой руды. Под действием пульсирующего потока воды тяжелые минералы проникают через постель и собираются под решетом, в то время как легкие частицы пустой породы удаляются с поверхности.
Пример расчета разделения по плотности
Исходные данные: Руда содержит магнетит (плотность 5100 кг/м³) и кварц (плотность 2650 кг/м³).
Коэффициент разделения: Отношение плотностей = 5100 / 2650 = 1,92
Вывод: При коэффициенте разделения менее 2,5 гравитационное обогащение применяется в комбинации с другими методами для достижения высокой эффективности разделения.
Преимущества и ограничения
Основными преимуществами гравитационного обогащения являются простота технологии, низкие эксплуатационные расходы, отсутствие необходимости в дорогостоящих реагентах и минимальное загрязнение окружающей среды. Метод характеризуется высокой производительностью оборудования и стабильностью работы. Однако эффективность гравитационного обогащения снижается при переработке тонкоизмельченного материала крупностью менее 0,04 миллиметра и при небольшой разнице в плотности разделяемых минералов.
Флотационное обогащение
Физико-химические основы флотации
Флотация представляет собой наиболее распространенный метод обогащения руд цветных металлов, основанный на различии физико-химических свойств поверхности минералов. Процесс заключается в избирательном прилипании частиц полезных минералов к пузырькам воздуха и их всплывании в виде минерализованной пены, в то время как пустая порода остается в пульпе и удаляется в хвосты.
Для проведения флотации руду предварительно измельчают до крупности от 0,1 до 0,2 миллиметра для руд металлов. Более тонкое измельчение обеспечивает лучшее раскрытие минералов и увеличение поверхности контакта с флотационными реагентами. Оптимальный размер частиц для флотации составляет от 0,04 до 0,1 миллиметра, поскольку более мелкие частицы разделяются хуже.
Флотационные реагенты
| Класс реагентов | Назначение | Примеры | Расход |
|---|---|---|---|
| Собиратели | Гидрофобизация поверхности минералов, обеспечение их прилипания к пузырькам воздуха | Ксантогенаты, дитиофосфаты (для сульфидов), амины (для несульфидов) | 50-200 г/т |
| Пенообразователи | Создание устойчивой пены необходимой дисперсности | Сосновое масло, КОБС, спирты | 20-80 г/т |
| Активаторы | Усиление действия собирателей на определенные минералы | Медный купорос, сернистый натрий | 50-500 г/т |
| Депрессоры | Подавление флотации нежелательных минералов | Цианиды, жидкое стекло, известь | 100-1000 г/т |
| Регуляторы pH | Создание оптимальной кислотности среды | Известь, серная кислота, сода | 500-5000 г/т |
Технологический процесс флотации
Процесс флотации начинается в смесительной камере, где измельченная руда смешивается с водой, образуя пульпу. Одновременно добавляются флотационные реагенты, которые избирательно смачивают частицы ценных минералов, делая их гидрофобными. Затем пульпа поступает во флотационную машину, где через нее пропускается воздух, образующий множество мелких пузырьков.
Гидрофобные частицы ценных минералов прикрепляются к пузырькам воздуха и всплывают на поверхность в виде пены, которая снимается механическими или автоматическими устройствами. Гидрофильные частицы пустой породы остаются в пульпе и выводятся в хвосты. Для получения высококачественного концентрата проводят несколько стадий перечистных флотаций пенного продукта.
Области применения флотации
Флотационный метод является ведущим при обогащении руд цветных металлов, включая медные, свинцовые, цинковые, медно-цинковые и полиметаллические руды. Метод позволяет эффективно перерабатывать бедное сырье с низким содержанием металлов и обогащать руды с тонкой вкрапленностью ценных минералов. Флотация также применяется для обогащения золотосодержащих руд, фосфатов, калийных солей и некоторых неметаллических полезных ископаемых.
Расчет технологических показателей флотации
Исходная руда: Содержание меди 1,5%, масса 100 тонн
Концентрат: Содержание меди 22%, масса 6,5 тонн
Хвосты: Содержание меди 0,2%, масса 93,5 тонн
Извлечение меди в концентрат: (6,5 × 22) / (100 × 1,5) = 95,3%
Степень концентрации: 22 / 1,5 = 14,7 раз
Современные тенденции
Современная флотация характеризуется переходом на обогащение тонких классов крупности, что требует совершенствования флотационных машин для создания благоприятных гидродинамических условий. Разрабатываются новые эффективные реагенты с повышенной селективностью и экологической безопасностью. Активно внедряются системы автоматического управления реагентным режимом с использованием поточных рентгенофлуоресцентных анализаторов для непрерывного контроля состава пульпы.
Магнитная сепарация
Физические основы метода
Магнитная сепарация основана на различии магнитных свойств разделяемых минералов. Минеральные зерна с более высокой магнитной восприимчивостью притягиваются к полюсам магнитной системы сепаратора и транспортируются в приемники магнитного продукта, в то время как немагнитные или слабомагнитные частицы выносятся в приемники немагнитной фракции.
По магнитным свойствам минералы подразделяются на сильномагнитные, к которым относится магнетит и пирротин, и слабомагнитные, включающие гематит, сидерит, ильменит и марганцевые минералы. Для успешного разделения минералов коэффициент селективности магнитного обогащения, представляющий собой отношение магнитных восприимчивостей разделяемых минералов, должен быть не менее трех-пяти.
Типы магнитных сепараторов
| Тип сепаратора | Напряженность поля | Способ обогащения | Применение |
|---|---|---|---|
| Барабанные сепараторы со слабым полем | 80-150 кА/м | Сухое и мокрое | Магнетитовые, титаномагнетитовые руды, регенерация утяжелителей |
| Барабанные сепараторы с сильным полем | 110-160 кА/м | Мокрое | Доизвлечение магнетита, переработка промпродуктов |
| Электромагнитные валковые сепараторы | 800-1200 кА/м | Сухое | Слабомагнитные руды крупностью менее 3 мм |
| Высокоградиентные сепараторы | 1200-1600 кА/м | Мокрое | Гематитовые, марганцевые руды, слюда, минералы лития |
| Роторные сепараторы | 800-1500 кА/м | Сухое и мокрое | Обогащение бедных слабомагнитных руд |
Технология сухой магнитной сепарации
При сухой магнитной сепарации крупнокусковая руда размером более трех миллиметров загружается на верхнюю часть вращающихся барабанов сепаратора. Внутри барабанов размещены постоянные магниты или электромагниты, создающие магнитное поле определенной напряженности. Магнитные частицы притягиваются к поверхности барабана и удерживаются до тех пор, пока не попадут в зону ослабленного поля, где они разгружаются в приемник магнитного продукта. Немагнитные частицы ссыпаются с барабана в верхней части и направляются в приемник немагнитной фракции.
Технология мокрой магнитной сепарации
Мокрая магнитная сепарация применяется для обогащения тонкоизмельченного материала. Рудная пульпа подается в ванну сепаратора к вращающимся навстречу потоку барабанам. Сепараторы выполняются с прямоточными, противоточными или полупротивоточными ваннами. Прямоточные сепараторы эффективны для руд крупностью менее шести миллиметров, а противоточные и полупротивоточные применяются для более тонкого материала крупностью менее двух миллиметров.
Пример обогащения железной руды
Исходная руда: Магнетитовая руда с содержанием железа 32%
Технология: Измельчение до крупности минус 0,074 мм на 80%, мокрая магнитная сепарация в слабом поле
Результаты: Концентрат с содержанием железа 65-67%, извлечение железа 88-92%
Производительность: Барабанные сепараторы обеспечивают производительность до 200 тонн в час по тонкоизмельченному материалу
Магнетизирующий обжиг
Для увеличения контрастности магнитных свойств разделяемых минералов применяют термическую обработку руды. Магнетизирующий обжиг проводится в окислительной атмосфере для сидеритовых и карбонатных руд или в восстановительной атмосфере для оксидных руд, например гематитовых. После обжига слабомагнитные минералы приобретают сильномагнитные свойства, что позволяет эффективно извлекать их с помощью обычных магнитных сепараторов со слабым полем.
Преимущества магнитной сепарации
Магнитная сепарация является одним из наиболее производительных и экономичных методов обогащения. Себестоимость магнитной сепарации для кусковых сильномагнитных материалов самая низкая среди всех методов обогащения. Производительность сепараторов для кусковых руд достигает 500 тонн в час, для тонкоизмельченных сильномагнитных руд до 200 тонн в час. Метод является экологически безопасным, так как не требует применения химических реагентов и не загрязняет водные ресурсы.
Комбинированные схемы обогащения
Принципы комбинирования методов
Комбинированная переработка минерального сырья представляет собой сочетание различных методов и процессов обогащения для наиболее эффективного разделения компонентов руды. Комбинирование достигается путем последовательного применения нескольких методов обогащения в технологической схеме или использования различных физических полей в одном аппарате.
Необходимость применения комбинированных схем возникает при переработке сложных по минералогическому составу руд, содержащих несколько ценных компонентов с различными физическими свойствами. Комбинированные схемы позволяют достичь высокого извлечения всех ценных компонентов и получить кондиционные концентраты, соответствующие требованиям металлургического передела.
Типовые комбинированные схемы
| Тип схемы | Применяемые методы | Область применения | Получаемые продукты |
|---|---|---|---|
| Гравитационно-флотационная | Гравитация → Флотация | Золотосодержащие, оловянные руды | Гравитационный концентрат крупного золота, флотационный концентрат тонкого золота и сульфидов |
| Гравитационно-магнитная | Гравитация → Магнитная сепарация | Железные руды, редкометалльные россыпи | Концентраты тяжелых минералов различной магнитности |
| Магнитно-флотационная | Магнитная сепарация → Флотация | Медно-никелевые, железные руды с сульфидами | Магнитный железный концентрат, флотационный медный или никелевый концентрат |
| Гравитационно-флотационно-цианистая | Гравитация → Флотация → Цианирование | Комплексные золотосодержащие руды | Золото в слитках из гравиоконцентрата, флотоконцентрат сульфидов, золото из хвостов |
| Магнитно-гравитационно-флотационная | Магнитная сепарация → Гравитация → Флотация | Комплексные редкометалльные руды | Концентраты вольфрама, олова, тантала с разделением по свойствам |
Гравитационно-флотационные схемы
Наиболее распространенными являются гравитационно-флотационные схемы обогащения золотосодержащих руд. На первой стадии гравитационным методом извлекается крупное свободное золото, что предотвращает его аккумуляцию в измельчительных аппаратах и повышает общее извлечение на два-четыре процента. Хвосты гравитационного обогащения или промпродукты направляются на флотацию для извлечения тонкого золота, находящегося в срастании с сульфидными минералами.
Пример комбинированной схемы для золотосодержащей руды
Исходная руда: Золотое содержание 3,5 г/т, сульфидов 8%
Стадия 1 - Гравитация: Извлечение крупного золота на центробежных концентраторах, получение гравиоконцентрата с содержанием золота 2400 г/т при выходе 0,3% и извлечении 65%
Стадия 2 - Флотация: Флотация хвостов гравитации, получение флотоконцентрата с содержанием золота 45 г/т при выходе 12% и извлечении 28%
Суммарное извлечение: 93% при качественном разделении продуктов
Селективные схемы обогащения
При переработке полиметаллических руд, содержащих несколько ценных металлов, применяются селективные схемы флотации с последовательным выделением концентратов отдельных металлов. Например, при обогащении медно-свинцово-цинковых руд сначала флотируют медные минералы, затем свинцовые и в последнюю очередь цинковые. Каждая стадия требует специфического реагентного режима с применением депрессоров для подавления флотации нежелательных минералов.
Комбинирование с гидрометаллургией
Если обогатительными методами не удается получить кондиционные концентраты, применяется комбинированная переработка с гидрометаллургической доводкой. Гравитационные и флотационные концентраты могут подвергаться цианированию для извлечения золота, автоклавному выщелачиванию для извлечения никеля и меди, или кислотному выщелачиванию для извлечения урана и редких металлов.
Продукты обогащения: концентрат и хвосты
Концентраты обогащения
Концентратом называется продукт обогащения с повышенным содержанием полезного компонента, пригодный для последующей металлургической переработки. Качество концентрата определяется содержанием основного металла или минерала, наличием вредных примесей и влажностью. Выход концентрата представляет собой отношение массы концентрата к массе исходной руды, выраженное в процентах.
| Тип концентрата | Содержание металла, % | Выход концентрата, % | Извлечение металла, % |
|---|---|---|---|
| Железный магнетитовый | 65-68 | 25-35 | 88-92 |
| Медный | 18-25 | 3-8 | 85-93 |
| Свинцовый | 55-70 | 2-5 | 90-95 |
| Цинковый | 48-55 | 5-12 | 88-93 |
| Вольфрамовый | 60-70 WO3 | 0,5-2 | 75-85 |
Извлечение металла в концентрат является ключевым показателем эффективности обогащения и показывает, какая доля металла, содержащегося в исходной руде, перешла в концентрат. Современные обогатительные фабрики обеспечивают извлечение основных металлов на уровне от 85 до 95 процентов в зависимости от типа руды и применяемой технологии.
Хвосты обогащения
Хвостами называются отходы обогащения полезных ископаемых, состоящие преимущественно из пустой породы с минимальным содержанием полезных компонентов. Как правило, хвосты направляются на складирование в специальные гидротехнические сооружения – хвостохранилища. Объем хвостов обогащения составляет от 40 до 60 процентов от массы обогащаемого материала для железных руд и до 95-98 процентов для руд цветных металлов.
Расчет материального баланса обогащения
Исходная руда: Масса 1000 тонн, содержание меди 1,8%
Концентрат: Содержание меди 22%, извлечение 92%
Расчет выхода концентрата: γк = (β × ε) / α = (1,8 × 92) / 22 = 7,53%
Масса концентрата: 1000 × 0,0753 = 75,3 тонны
Масса хвостов: 1000 - 75,3 = 924,7 тонны
Содержание меди в хвостах: (1000 × 1,8 - 75,3 × 22) / 924,7 = 0,16%
Промежуточные продукты
При многостадийном обогащении образуются промежуточные продукты с промежуточным содержанием полезного компонента. Такие продукты возвращаются на одну из предыдущих стадий обогащения для дополнительного извлечения ценных минералов. Циркулирующая нагрузка может достигать значительных величин и требует тщательного контроля для предотвращения перегрузки оборудования.
Основное технологическое оборудование
Флотационные машины
Флотационные машины представляют собой основное оборудование для пенной флотации. По способу аэрации пульпы различают механические флотомашины, пневмомеханические и пневматические. Современные флотационные машины имеют камеры объемом до 30 кубических метров, что обеспечивает высокую производительность при компактном размещении оборудования на фабрике.
Механические флотомашины оснащены импеллером, который одновременно перемешивает пульпу и засасывает воздух. Пневмомеханические машины используют внешний источник сжатого воздуха в сочетании с механическим перемешиванием. Колонные флотомашины работают по принципу противотока пульпы и пузырьков воздуха, обеспечивая высокую селективность разделения при обогащении тонкоизмельченных руд.
Магнитные сепараторы
Основными конструктивными элементами магнитных сепараторов являются магнитная система, питатель, ванна для мокрого обогащения, транспортирующее устройство в виде барабанов или валков, желоба для приема продуктов разделения и привод. Барабанные сепараторы преимущественно применяются для обогащения сильномагнитных материалов, а валковые и роторные сепараторы используются для слабомагнитных руд.
Гравитационные аппараты
Современные центробежные концентраторы позволяют эффективно извлекать тонкое золото крупностью от 1 до 100 микрометров, которое ранее терялось с хвостами обогащения. Винтовые сепараторы обеспечивают непрерывное разделение материала по плотности при минимальных эксплуатационных расходах. Концентрационные столы сохраняют свое значение для доводки гравитационных концентратов благодаря высокой селективности разделения.
| Тип оборудования | Производительность | Энергопотребление | Особенности |
|---|---|---|---|
| Флотомашины механические объемом 16-20 м³ | 20-40 м³/мин пульпы | 45-75 кВт | Универсальность применения, простота обслуживания |
| Колонные флотомашины диаметром 2-3 м | 15-35 м³/мин пульпы | 15-30 кВт | Высокая селективность, малый расход реагентов |
| Барабанные магнитные сепараторы | 50-200 т/ч по руде | 7-15 кВт | Высокая надежность, автоматическая разгрузка |
| Высокоградиентные сепараторы | 10-40 т/ч по руде | 80-150 кВт | Обогащение слабомагнитных руд, периодическая разгрузка |
| Центробежные концентраторы | 1-5 т/ч по руде | 3-7 кВт | Извлечение тонкого золота, компактность |
Экологические аспекты обогащения руд
Хвостохранилища и их воздействие
Хвостохранилище представляет собой комплекс специальных гидротехнических сооружений и оборудования, предназначенный для складирования отходов обогащения полезных ископаемых. Обычно хвостохранилища сооружаются в нескольких километрах от обогатительной фабрики, в понижениях рельефа: котловинах, ущельях или распадках. По данным Глобального обзора хвостохранилищ, в мире насчитывается более двенадцати тысяч таких сооружений, при этом количество промышленных рудников достигает тридцати тысяч.
Хвостохранилища включают ограждающие дамбы, прудки-отстойники для осветления воды, пульповоды для транспортировки хвостов, водосбросные сооружения, насосные станции оборотного водоснабжения и очистные сооружения. Высота дамб может достигать 300 метров, а площадь хвостохранилищ сопоставима с размерами озер. Ежегодно на крупных обогатительных фабриках в хвостохранилища поступает несколько миллионов кубических метров отходов.
Экологические проблемы
Старые хвостохранилища, выполненные без учета современных требований к фильтрации и гидроизоляции, могут становиться источниками экологической опасности. Основными проблемами являются загрязнение почвенных и подземных вод фильтратами, содержащими остаточные концентрации флотационных реагентов и тяжелых металлов, а также пыление сухих пляжей хвостохранилищ при сильном ветре.
Пыление хвостохранилищ
Одной из серьезных экологических проблем является пыление сухих поверхностей хвостохранилищ. Исследования показывают, что эоловый снос вещества может быть доминирующим механизмом поступления тяжелых металлов в окружающую среду, превосходя водный перенос в несколько раз. Атмосферная пыль содержит минералы, характерные для отходов обогащения, что подтверждает ее происхождение из хвостохранилищ.
Для снижения пыления применяются различные методы закрепления поверхности хвостохранилищ. Используются химические связующие реагенты, создающие корку на поверхности. Проводится озеленение пляжей путем высадки растений, устойчивых к повышенным концентрациям металлов. Применяется орошение сухих участков водой из системы оборотного водоснабжения фабрики.
Утилизация и повторное использование хвостов
Основным направлением утилизации хвостов обогащения является их использование в качестве вторичного сырья для производства строительных материалов. Отходы обогащения могут применяться в кладочных и штукатурных растворах, для приготовления бетонов, получения силикатного кирпича, устройства оснований под дороги и сооружения, а также в качестве сырья для получения шлакоцемента.
При сбросе пульпы в хвостохранилище происходит фракционирование хвостов по плотности и крупности. В зонах, близких к выпуску, откладываются наиболее крупные и тяжелые частицы с повышенным содержанием ценных компонентов. Хвостохранилища фактически представляют собой техногенные месторождения полезных ископаемых, которые могут быть переработаны с помощью более совершенных технологий обогащения.
Оборотное водоснабжение
Для снижения водопотребления и предотвращения загрязнения природных водоемов на обогатительных фабриках широко применяются системы оборотного водоснабжения. Осветленная вода из хвостохранилищ после отстаивания возвращается на фабрику и повторно используется в технологических процессах. Степень использования оборотной воды на современных фабриках достигает 90-95 процентов, что значительно снижает сброс сточных вод в окружающую среду.
Пример системы оборотного водоснабжения
Обогатительная фабрика производительностью 5 миллионов тонн руды в год
Потребление свежей воды: 2-3 тысячи кубических метров в час
Расход воды в цикле: 30-40 тысяч кубических метров в час
Доля оборотной воды: 93-95%
Экологический эффект: Снижение сброса сточных вод в 15-20 раз по сравнению с прямоточной схемой водоснабжения
Современные подходы к управлению хвостами
Ведущие горнодобывающие компании внедряют международные стандарты безопасного управления хвостохранилищами. Приоритетом является ответственное управление хвостохранилищами на протяжении всего их жизненного цикла с минимизацией рисков внештатных ситуаций. Разрабатываются альтернативные технологии складирования хвостов, такие как сухое складирование с предварительным обезвоживанием, что снижает риски прорыва дамб и улучшает экологическую безопасность.
Часто задаваемые вопросы
Для золотосодержащих руд наиболее эффективны комбинированные схемы, сочетающие гравитационное обогащение для извлечения крупного золота и флотацию для тонкого золота в срастании с сульфидами. На первой стадии применяются центробежные концентраторы или отсадочные машины для выделения свободного золота крупностью более 40 микрометров с извлечением 60-70 процентов. Хвосты гравитации направляются на флотацию с использованием ксантогенатов и специальных активаторов для извлечения золота, связанного с пиритом и арсенопиритом. Суммарное извлечение золота в концентраты при такой схеме достигает 90-95 процентов.
Сильномагнитные минералы, такие как магнетит и пирротин, обладают высокой магнитной восприимчивостью и притягиваются к магнитам даже в слабых магнитных полях напряженностью 80-150 килоампер на метр. Для их извлечения применяются барабанные сепараторы с постоянными магнитами. Слабомагнитные минералы, включающие гематит, сидерит, ильменит и марганцевые минералы, требуют значительно более сильных магнитных полей напряженностью 800-1600 килоампер на метр. Для их обогащения используются высокоградиентные электромагнитные сепараторы. Коэффициент разделения магнитных восприимчивостей между сильно- и слабомагнитными минералами должен составлять не менее трех-пяти для успешного разделения.
Измельчение руды до крупности 0,1-0,2 миллиметра необходимо для достижения достаточного раскрытия минералов, то есть освобождения полезных минералов от пустой породы. При недостаточном измельчении образуются сростки ценных минералов с пустой породой, которые флотируются вместе с полезными минералами, снижая качество концентрата. Кроме того, мелкие частицы имеют большую удельную поверхность, что обеспечивает лучший контакт с флотационными реагентами. Оптимальный размер частиц для флотации составляет от 0,04 до 0,1 миллиметра, так как более крупные частицы отрываются от пузырьков воздуха, а слишком мелкие частицы менее пяти микрометров ухудшают флотацию более крупных зерен.
Во флотации применяются четыре основных класса реагентов. Собиратели, такие как ксантогенаты и дитиофосфаты, избирательно адсорбируются на поверхности ценных минералов и придают им гидрофобные свойства, обеспечивая прилипание к пузырькам воздуха. Пенообразователи создают устойчивую пену необходимой дисперсности. Активаторы усиливают действие собирателей на определенные минералы, например, медный купорос активирует сфалерит. Депрессоры подавляют флотацию нежелательных минералов, повышая селективность процесса. Расход собирателей составляет от 100 до 500 граммов на тонну руды, пенообразователей от 20 до 80 граммов на тонну, а депрессоров от 100 до 1000 граммов на тонну в зависимости от типа руды.
Хвосты обогащения, представляющие собой отходы с минимальным содержанием полезных компонентов, направляются в специальные гидротехнические сооружения, называемые хвостохранилищами. Хвосты транспортируются по трубопроводам в виде пульпы и складируются в котловинах или за ограждающими дамбами. В хвостохранилище твердые частицы оседают на дно, а осветленная вода возвращается на фабрику через систему оборотного водоснабжения. Лучшим направлением утилизации хвостов является их использование в качестве вторичного сырья для производства строительных материалов: кирпича, бетона, дорожных оснований. Некоторые старые хвостохранилища могут перерабатываться как техногенные месторождения с применением современных технологий обогащения для дополнительного извлечения ценных компонентов.
Применение только одного метода обогащения возможно для простых по составу руд с четким различием свойств полезных минералов и пустой породы. Например, магнетитовые железные руды могут обогащаться исключительно магнитной сепарацией, а некоторые угли - только гравитационными методами. Однако для большинства руд цветных металлов и комплексных руд необходимо комбинирование нескольких методов. Комбинированные схемы позволяют достичь более высокого извлечения ценных компонентов и получить концентраты требуемого качества. Современная тенденция заключается в использовании многостадийных схем с последовательным применением гравитации, магнитной сепарации и флотации для максимального извлечения всех ценных компонентов руды.
Эффективность обогащения оценивается по трем основным показателям. Первый показатель - это содержание полезного компонента в концентрате, которое должно соответствовать требованиям металлургического передела. Второй показатель - извлечение металла в концентрат, показывающее долю металла из исходной руды, перешедшую в концентрат. Современные фабрики обеспечивают извлечение основных металлов на уровне 85-95 процентов. Третий показатель - выход концентрата, представляющий отношение массы концентрата к массе исходной руды. Дополнительно учитываются селективность разделения при получении нескольких концентратов, расход реагентов и энергии, а также экологические показатели процесса. Комплексная оценка всех этих показателей позволяет определить технико-экономическую эффективность применяемой технологии обогащения.
Основные экологические проблемы связаны с хранением больших объемов хвостов обогащения в хвостохранилищах. Старые хвостохранилища без современных систем гидроизоляции могут загрязнять подземные и поверхностные воды фильтратами, содержащими остаточные концентрации флотационных реагентов и тяжелых металлов. Серьезной проблемой является пыление сухих поверхностей хвостохранилищ, приводящее к распространению пыли с частицами минералов и металлов на прилегающие территории. Для минимизации воздействия применяются системы оборотного водоснабжения, снижающие сброс сточных вод на 90-95 процентов, методы закрепления поверхности хвостохранилищ химическими связующими и озеленением, а также альтернативные технологии сухого складирования обезвоженных хвостов. Современные компании внедряют системы непрерывного мониторинга состояния хвостохранилищ для обеспечения их безопасности.
Степень концентрации показывает, во сколько раз увеличилось содержание полезного компонента в концентрате по сравнению с исходной рудой. Она рассчитывается как отношение содержания металла в концентрате к содержанию металла в исходной руде. Например, если исходная медная руда содержит 1,5 процента меди, а полученный концентрат содержит 22 процента меди, то степень концентрации составляет 22 делить на 1,5, что равно 14,7 раз. Высокая степень концентрации свидетельствует об эффективном разделении полезных минералов и пустой породы. Для различных типов руд степень концентрации существенно различается: для железных руд она составляет от 2 до 3 раз, для медных руд от 10 до 20 раз, а для золотосодержащих руд может достигать нескольких сотен и тысяч раз.
Различные руды требуют индивидуального подхода к обогащению из-за существенных различий в минералогическом составе, крупности вкрапленности полезных минералов и физических свойствах компонентов руды. Например, магнетитовые железные руды эффективно обогащаются магнитной сепарацией благодаря сильным магнитным свойствам магнетита, в то время как для медных руд магнитная сепарация неприменима. Золотосодержащие руды с крупным свободным золотом требуют гравитационного обогащения, а руды с тонким золотом в срастании с сульфидами обогащаются флотацией. Крупность вкрапленности определяет необходимую степень измельчения руды, которая может различаться в десятки раз для разных типов руд. Выбор оптимального метода обогащения основывается на результатах детальных лабораторных исследований и технологических испытаний конкретной руды.
