Обогащение руд цветных металлов

1. Теоретическое введение.

2. Выбор и расчёт схемы дробления.

3. Выбор и расчёт схемы измельчения.

4. Расчёт гидроциклонов.

1. Теоретическое введение.

Руда — это природное минеральное сырьё, содержащее ценные компоненты в концентрациях и видах, пригодных для промышленного извлечения.

Горная порода — это природная ассоциация минералов, которые характеризуются определённым составом и строением. Горные породы образуются в результате геологических процессов.

Свойства горных пород..

Дробимость — обобщающий параметр механических свойств горных пород, характеризующийся энергоемкостью процесса дробления (удельный расход энергии).

Абразивность — способность горных пород изнашивать при трении рабочие органы дробилок, мельниц и других машин.

Твёрдость — сопротивление местному локализованному разрушению или местной деформации под действием сосредоточенных на небольшом участке поверхности тела сил.

Крупность — усреднённое значение размера куска неправильной формы, характеризующееся средним диаметром.

Плотность (тела) — отношение массы тела к его объёму.

Дробление, измельчение, грохочение и классификация являются подготовительными процессами обогащения.

Задача подготовительных процессов — доведение минерального сырья до крупности, необходимой для последующего обогащения, а в некоторых случаях получения конечных продуктов заданного гранулометрического состава, непосредственно в качестве товарных.

Дробление — процесс предварительного уменьшения крупности руды путём её разрушения под действием внешних сил, преодолевающих внутренние силы сцепления, которые связывают между собой частицы твёрдого тела.

Уменьшение крупности тела осуществляется посредством следующих воздействий (рис.1): раздавливание (а), раскалывание (б), истирание (в) и удар (г). Прочные и абразивные материалы дробят преимущественно раздавливанием, прочные и вязкие — раздавливанием с истиранием, мягкие и хрупкие — раскалыванием и ударом.

Рис. 1.

Раздавливание — разрушение куска путём сжатия его между двумя дробящими поверхностями.

Истирание — одновременное сжатие и перемещение двух дробящих поверхностей.

Раскалывание — усилие сжатия дробящей поверхности, сосредоточенное на очень маленькой площади.

Удар — внезапное приложение к телу внешних сил.

Излом — усилие сжатия дробящей поверхности, сосредоточенное на очень маленькой площади, приложенное в нескольких точках.

Сдвиг — смешение частиц твёрдого тела относительно друг друга.

Эффективность работы дробящих машин оценивается расходом энергии на дробление и выражается в тоннах дроблёного продукта на 1кВт/ч израсходованной энергии:

Удельный расход энергии — величина обратная :

.

где — массовая производительность дробильной машины;

— энергия, затраченная на дробление.

Энергетические законы дробления.

При дроблении коэффициент преобразования электрической энергии в механическую. Из всей затрачиваемой энергии на разрушение идёт лишь около 0,1%.

Распределение энергии при дроблении:.

1.На упругую и пластинчатую деформацию дробимого материала и рабочих поверхностей машины.

2.На изменение структуры дробимых зёрен.

3.На сообщение кинетической энергии обломкам зёрен, разрушенным кускам.

4.На трение зёрен между собой и трение зёрен с рабочими поверхностями машины.

5.На износ рабочих поверхностей.

6.На безрезультатное нагружение зёрен.

7.На звуковые колебания.

Энергетические законы дробления определяют зависимость работы, затрачиваемой на дробление от результирующей крупности.

Закон Риттингера. Работа дробления прямо пропорциональна вновь образованной поверхности:

.

где — коэффициент Риттингера Данный закон хорошо описывает процессы тонкого измельчения, когда вновь образованная поверхность очень велика, однако не учитывает увеличение прочности материала по мере уменьшения крупности.

Закон Кирпичёва-Кика. Расход энергии на дробление материала пропорционален объёму или весу дробимого куска:

.

где — напряжение деформации;

V — объём деформируемого тела;

E — модуль Юнга.

Данный закон хорошо описывает область крупного и среднего дробления.

Когда степень дробления мала и энергией затрачиваемой на образование новой поверхности можно пренебречь.

Закон Бонда. Полная работа дробления включает работу деформации (закон Кирпичёва-Кика) и работу по образованию новой поверхности (закон Риттингера) и пропорциональна среднему геометрическому объёму и площади поверхности разрушаемого зерна:

.

где К_Б — коэффициент Бонда По теории Бонда работа дробления пропорциональна длине вновь образованных при разрушении трещин.

Закон Ребиндера. Работа, затрачиваемая на измельчение материала, складывается из работ на его деформацию и на образование новой поверхности..

.

где К — коэффициент пропорциональности, равный работе, затрачиваемой на деформацию единицы деформируемого объёма зерна;

V — изменение объёма деформируемого зерна;

А₀ — работа, затрачиваемая на образование единицы новой поверхности;

S — площадь поверхности, вновь образованной при измельчении.

Выбор и расчёт схемы дробления.

1100 мм>дробление>5−25 мм>измельчение>до 0,044 мм.

Цель подготовительных процессов — раскрытие минералов в результате разрушения сростков полезных минералов с пустой породой или сростков одних ценных минералов с другими ценными минералами и образовании механической смеси частиц и кусков различного минерального состава.

Подготовительные процессы занимают большую долю затрат в структуре затрат на обогащение, дробление — 19,6%; измельчение — 28,4%. В целом — до 50% затрат фабрики. Затрата металла: от 1 до 15 кг на тонну руды. При строительстве обогатительной фабрики 50% затрат идёт на отделение дробления. Отсюда золотое правило: «не дробить ничего лишнего».

Подготовка руды к обогащению и обогащение резко можно завершить в одну стадию, ограничения накладываются, главным образом, оборудованием.

В подготовительных процессах различают стадии подготовки в зависимости от числа последовательных операций: одно-, двух-, трёх-, четырёхстадиальные схемы дробления. Аналогичная терминология применяется и для процессов измельчения.

За одну стадию дробления крупность можно уменьшить в 3−8 раз.

Крупное дробление: 500?1500 мм Среднее дробление: мм.

Мелкое дробление: мм.

Число стадий дробления определяется начальной и конечной крупностью дробимого материала.

При горных работах крупность кусков горной массы лежит в широких пределах и зависит от физических свойств руды и способа её добычи (открытый способ — до 1100 мм, шахтный — до 500 — 600 мм). Размеры зёрен полезного минерала не превышают 0,1 — 0,2 мм (тонкие минеральные выделения), а в большинстве случаев составляют сотни и тысячи долей мм. Поэтому горные массы необходимо подвергать подготовительным процессам.

Размер максимального куска исходной руды устанавливается проектом горной части. Крупность максимального куска руды, поступающей на измельчение, определяется возможностями применяемых в последней стадии дробления конусных дробилок мелкого дробления.

Степень дробления — количественная характеристика процессов уменьшения крупности, которая представляет собой отношение максимальной крупности куска до дробления к максимальной крупности куска после дробления.

Грохочение — процесс разделения смеси зёрен минералов и пустой породы на классы крупности, путём их рассева на просеивающих поверхностях или ситах. Операции предварительного грохочения применяются для сокращения количества материала, поступающего в дробление (за счёт отсева мелочи), и увеличения подвижности материала в рабочей зоне дробилки, что обеспечивает уменьшение забивания рудной мелочью.

Введение

в схему дробления операций предварительного грохочения приводит к увеличению капитальных затрат и усложняет цех дробления. Поэтому предварительное грохочение следует применять при достаточно высоком (20−30%) содержании отсеиваемого класса в исходном материале, а также при высокой влажности этого класса (чтобы не уменьшить производительность дробилки).

В первой стадии при больших размерах выпускной щели (>100 мм) мелкая руда свободно проходит через дробилку, и предварительное грохочение имеет значение только для повышения пропускной способности всего узла грохот-дробилка. Поэтому, если дробилка, выбранная по размеру поступающего куска, обеспечивает заданную производительность без установки грохота, то предварительное грохочение не предусматривается. Если же отказ от грохочения предопределяет установку двух дробилок крупного дробления, то следует остановиться на варианте установки одной дробилки с предварительным грохочением, поскольку установка второй дробилки почти удваивает капитальные затраты на строительство отделения крупного дробления.

Измельчение — это процесс раскрытия минералов (руда превращается в механическую смесь зёрен ценных минералов и пустой породы) и доведение их до оптимальной крупности для последующих процессов обогащения.

В процессе измельчения осуществляется:

1) Раскрытие минералов. Руда превращается в механическую смесь зерен ценных минералов и пустой породы.

2) Доведение минералов до оптимальной крупности для последующих процессов разделения.

Измельчение — самый энергоёмкий процесс. Производительность обогатительной фабрики рассчитывается по производительности цеха измельчения. Формально, измельчением считается процесс, в котором происходит уменьшение крупности от 5 мм и менее. Номинальная крупность измельченного продукта измеряется десятками или сотнями миллиметров. Так как при измельчении вновь образованная поверхность очень большая, то измельчение очень хорошо описывается законом Риттингера и иногда законом Бонда. Аппараты измельчения называются мельницами. Основные виды воздействия на измельчаемый материал — удар, раздавливание и небольшое истирание.

В реальных условиях процесс измельчения может осуществляться:

1) в открытом цикле;

2) в замкнутом цикле;

3) в полузамкнутом цикле.

Почти во всех случаях применяется замкнутый цикл с классифицирующими аппаратами. Процессы измельчения чаще всего мокрые (измельчение в водной среде). Разгрузка мельниц — пульпа (60−80% твёрдого).

Качественная схема дробления..

1. Определение общей степени дробления.

2. Определение степени дробления по стадиям.

3. Определение условной номинальной крупности продуктов после отдельных стадий дробления.

мм.

мм.

мм.

4. Определение ширины загрузочного отверстия дробилки.

где D_i — крупность кусков руды в питании дробилки.

;

;

;

5. Определение ширины разгрузочного отверстия дробилки.

.

где D — Диаметр кусков после дробления, мм.

Z — коэффициент закрупнения. От I к III стадии Z увеличивается.

Возьмём:

;

;

;

Пересчитываем максимальную крупность продуктов после отдельных стадий дробления.

;

;

;

6. Предварительный выбор дробилок..

а) выбираем размеры отверстий сит грохотов и эффективность грохочения по стадиям:

I стадия: нет грохота.

II стадия: ;

III стадия: ;

б) определяем приблизительные значения масс продуктов (?_i) 1;4 и 7, поступающих на операции дробления, с учётом того, что руда твердая:

?₁=100%; (т.к. нет грохота) Возьмём: ?₁=100%;

?₄=80−85%; ?₄=80%;

?₇=150−190%. ?₇=150%.

г) найдём производительность фабрики по отделениям:

Q=10 000 000 т/г.

— отделение крупного дробления: режим работы корпуса крупного дробления принимаем без выходных дней, то есть число рабочих дней в году 365, число смен в сутки 3, число рабочих часов в смену 7. Часовая производительность оборудования отделения крупного дробления:

— отделение среднего и мелкого дробления:

По общим условиям проектирования обогатительной фабрики предусматриваем склад крупнодробленой руды, поэтому режим работы корпусов среднего и мелкого дробления принимаем с выходными днями, то есть число рабочих дней в году 305, число смен в сутки 3, число рабочих часов в смену 7.

Часовая производительность оборудования отделения среднего и мелкого дробления:

Рассчитаем насыпную плотность:

Итак, ;

;

.

Таблица 1. Технологические характеристики дробилок.

Таблица 2.Технологические характеристики выбранных дробилок.

* - .

7.Окончательный расчёт и выбор дробилок.

Произведём расчёт производительности по каждому потоку.

;

;

.

где — содержание класса меньше размера отверстий сит грохота II стадии в разгрузке дробилки крупного дробления;

— содержание класса меньше размера отверстий сит грохота II стадии в исходной руде;

— содержание класса больше размера разгрузочной щели дробилки крупного дробления в исходной руде;

— содержание класса меньше размера отверстий сит грохота II стадии в разгрузке дробилки крупного дробления.

;

;

.

где — содержание класса меньше размера отверстий сит грохота III стадии в разгрузке дробилки мелкого дробления;

— содержание класса больше размера отверстий сит грохота II стадии в разгрузке дробилки среднего дробления;

;

;

Рассчитаем циркуляционную нагрузку:

8.Расчёт практической производительности дробилок и коэффициента загрузки.

.

где — коэффициент, учитывающий крепость руды ();

— коэффициент, учитывающий крупность руды ();

— коэффициент, учитывающий влажность руды ();

— коэффициент учитывающий плотность руды ();

— коэффициент загрузки дробилки.

где n-количество дробилок.

I стадия:

II стадия:

III стадия:

Таблица 3.Результаты окончательного расчёта дробилок.

Вывод: для заданных исходных данных подходят:

для первой стадии дробления дробилка ККД 1500/180 1 шт.;

для второй стадии дробления дробилка КСД-3000Т 1 шт.;

для третьей стадии дробления дробилка КМД-3000Т 4 шт.

2. Выбор и расчет грохотов.

Расчёт потребляемой площади грохочения:.

.

где — удельная производительность грохочения;

— насыпной вес;

— коэффициент, зависящий от содержания в питании класса меньше половины отверстия грохота;

— коэффициент, зависящий от содержания питания грохота крупнее отверстия грохота;

— коэффициент, зависящий от эффективности грохочения;

— коэффициент, зависящий от формы зерен материала;

— коэффициент, зависящий от влажности;

— коэффициент, зависящий от способа грохочения.

Вторая стадия дробления:.

при отверстии сита 50 мм,.

при.

при.

при.

По площади грохочения нам подходят грохот типа ГСТ62.

Третья стадия дробления:.

при отверстии сита 12 мм,.

при.

при.

при.

По площади грохочения нам подходят 4 грохота типа ГСТ62.

Таблица 4.Технические характеристики выбранных грохотов.

Вывод: для заданных исходных данных подходят:

для первой стадии дробления дробилка ККД 1500/180 1 шт.;

для второй стадии дробления дробилка КСД-3000Т 1 шт.;

для третьей стадии дробления дробилка КМД-3000Т 4 шт.;

грохоты :

для второй стадии дробления ГСТ62 1 шт.;

для третьей стадии дробления ГСТ62 4 шт.

Расчет схемы измельчения.

3. Расчёт мельницы для первой стадии измельчения.

Таблица 5.Технические характеристики шаровых мельниц.

1.Определяем удельную производительность по вновь образованному классу -0,074 мм.

За работающую мельницу принимается мельница МШР-32−31, у которой удельная производительность по вновь образованному классу равна q_эт = 1,03 т/м³ч.

2.Определяем значение коэффициента.

.

где — относительная производительность мельницы по расчетному классу для руды, проектируемой к обработке, при заданной крупности исходного и конечного продуктов:

;

— относительная производительность мельницы по расчетному классу для руды, перерабатываемой на действующей фабрике:

3.Определение значения коэффициента для сравниваемых мельниц.

4.Определение значения коэффициента К_u и К_Т.

Так как на действующей обогатительной фабрике работает мельница с разгрузкой через решетку, и на проектируемой фабрике предполагается установка того же типа мельниц, то .

К_u =1и К_Т =1.

5.Определяем производительность мельниц по вновь образованному классу -0,074 мм.

Удельная производительность проектируемой мельницы по вновь образованному расчетному классу определяется по формуле:

.

где — удельная производительность проектируемой мельницы по вновь образуемому расчетному классу;

— удельная производительность рабочей мельницы по тому же классу;

— коэффициент, учитывающий различие в измельчаемости руды, проектируемой к переработке и перерабатываемой руды;

— коэффициент, учитывающий различие в крупности исходного и конечного продуктов измельчения на действующей и на проектируемой обогатительных фабриках;

— коэффициент, учитывающий различие в диаметрах барабана и работающей мельниц;

— коэффициент, учитывающий различие в типе проектируемой и работающей мельниц;

1) МШР 3600?5000.

2) МШР 4000?5000.

3) МШР 4500?5000.

6.Определение рабочих объёмов барабанов мельниц.

1) МШР 3600?5000.

2) МШР 4000?5000.

3) МШР 4500?5000.

7.Определение общего объема мельниц.

.

для крупности руды, поступающей на измельчение, 15 мм;

для крупности руды после 1 стадии измельчения.

;

1) МШР 3600?5000.

;

2) МШР 4000?5000.

;

3) МШР 4500?5000.

;

8.Определяем необходимое число мельниц.

1) МШР 3600?5000.

2) МШР 4000?5000.

3) МШР 4500?5000.

Таблица 6. Выбор мельниц.

Технические характеристики шаровых мельниц.

Таблица 7. Расчёт мельницы для второй стадии измельчения.

1.Определяем удельную производительность по вновь образованному классу -0,074 мм.

За работающую мельницу принимается мельница МШР-32−31, у которой удельная производительность по вновь образованному классу равна q_эт = 1,03 т/м³ч. горный порода дробление гидроциклон.

2.Определяем значение коэффициента.

.

где — относительная производительность мельницы по расчетному классу для руды, проектируемой к обработке, при заданной крупности исходного и конечного продуктов:

;

— относительная производительность мельницы по расчетному классу для руды, перерабатываемой на действующей фабрике:

3.Определение значения коэффициента для сравниваемых мельниц.

4.Определение значения коэффициента К_u и К_Т:.

Так как на действующей обогатительной фабрике работает мельница с разгрузкой через решетку, и на проектируемой фабрике предполагается установка того же типа мельниц, то .

К_u =1и К_Т =1.

5.Определяем производительность мельниц по вновь образованному классу -0,074 мм.

Удельная производительность проектируемой мельницы по вновь образованному расчетному классу определяется по формуле:

.

где — удельная производительность проектируемой мельницы по вновь образуемому расчетному классу;

— удельная производительность рабочей мельницы по тому же классу;

— коэффициент, учитывающий различие в измельчаемости руды, проектируемой к переработке и перерабатываемой руды;

— коэффициент, учитывающий различие в крупности исходного и конечного продуктов измельчения на действующей и на проектируемой обогатительных фабриках;

— коэффициент, учитывающий различие в диаметрах барабана и работающей мельниц;

— коэффициент, учитывающий различие в типе проектируемой и работающей мельниц;

1) МШЦ 4500?8000.

2) МШЦ 4000?5500.

3) МШЦ 4000?6000.

6.Определение рабочих объёмов барабанов мельниц.

1)МШЦ 4500?8000.

2) МШЦ 4000?5500.

3) МШЦ 4500?6000.

7.Определение необходимой производительности мельниц по руде.

.

для крупности руды, поступающей на измельчение, 15 мм;

для крупности руды после 2 стадии измельчения.

1)МШЦ 4500?800.

2)МШЦ 4000?5500.

3)МШЦ 4500?6000.

8.Определяем необходимое число мельниц.

1) МШЦ 4500?8000.

2) МШЦ 4000?5500.

3) МШЦ 4500?6000.

Таблица 8. Выбор мельниц.

Вывод: при заданных исходных данных.

для первой стадии измельчения подходит мельница МШР 4500?5000 4шт.;

для второй стадии измельчения подходит мельница МШЦ 4500?6000 2 шт.

4. Расчёт гидроциклонов.

Первая стадия измельчения..

1. Определяем частный выход слива.

На основании практики действующих обогатительных фабрик в первой стадии измельчения за оптимальную циркулирующую нагрузку можно принять С=200%, а во второй С=300−350%.

Для первой стадии циркулирующую нагрузка С = 200%.

Пропускная способность мельниц:

выход слива:

выход песков:

2. Определяем содержание твердого в сливе.

3. Определяем номинальную крупность слива.

Разжижение песков:

где.

— содержание класса -0.074 мм в сливе гидроцеклона.

— плотность руды.

содержание твердого.

— выход слива.

4. Расчет водно-шламовой схемы двухстадиального измельчения с поверочной классификацией в первой стадии и совмещенной предварительной и поверочной классификацией во второй стадии:.

Таблица 9. Расчет гидроциклонов.

Для расчета предварительно выбираем гидроциклоны: ГЦ — 710, ГЦ — 1000, ГЦ-1400, ГЦ-500.

Таблица 10. Расчет гидроциклонов.

5.Определяем производительность гидроциклона по исходной пульпе.

где.

— поправка на угол конусности гидроциклона.

— поправка на диаметр гидроциклона.

— диаметр питающего отверстия.

— диаметр шламового отверстия.

— рабочее давление пульпы на входе в гидроциклон Необходимое давление на входе в гидроциклон :

МПа Нагрузка на песковое отверстие :

q = Q/(0,785* n) =1411,8/(0,785*14² *10) = 0,92 т/см²*ч.

6. Проверяем номинальную крупность слива, которая может обеспечить выбранный гидроциклон.

— плотность твердого.

— плотность жид. фазы В_и — содержание твердого в исх.пульпе.

D — диаметр гидроциклона.

Вторая стадия измельчения.

7. Определяем частный выход слива.

Для второй стадии циркуляционная нагрузка С =350%.

Пропускная способность мельниц:

выход слива:

выход песков:

8. Определяем содержание твердого в сливе.

для слива содержащего 75% класса -0.074 мм Разжижение песков:

где.

— содержание класса -0.074 мм в сливе гидроциклона.

— плотность руды.

содержание твердого.

— выход слива.

Таблица 11. Расчет гидроциклонов.

Для расчета предварительно выбираем гидроциклоны: ГЦ — 500, ГЦ — 710, ГЦ-1000.

Таблица 12. Расчет гидроциклонов.

Определяем производительность гидроциклона по исходной пульпе: ГЦ — 1000.

где.

— поправка на угол конусности гидроциклона.

— поправка на диаметр гидроциклона.

— диаметр питающего отверстия.

— диаметр шламового отверстия.

— рабочее давление пульпы на входе в гидроциклон.

ГЦ — 500.

необходимое количество гидроциклонов n = 5115,8/197,3 = 26.

ГЦ — 710.

n = 5115,8/270,4 = 20.

Выбираем ГЦ — 500.

Необходимое давление на входе в гидроциклон :

МПа Нагрузка на песковое отверстие :

q = Q/(0,785* n) =2361,5/(0,785*10² *20) = 1,5 т/см²*ч.

9. Проверяем номинальную крупность слива, которая может обеспечить выбранный гидроциклон:

— плотность твердого.

— плотность жид. фазы В_и — содержание твердого в исх.пульпе.

D — диаметр гидроциклона Так как номинальная крупность слива меньше, чем необходимая, т. е. заданная, то ГЦ-500 обеспечит необходимую крупность слива.

Таблица 13.Технические характеристики гидроциклонов.

Вывод: для заданных исходных данных подходят гидроциклоны:

для первой стадии измельчения ГЦ-1400 1шт. и 1шт. запасной на каждую мельницу;

для второй стадии измельчения ГЦ-1000 6 шт. и 1 шт. запасной на каждую мельницу.

1. Андреев С. Е., Перов В. А., БиленкоЛ. Ф. «Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых». Москва, издательство «Недра», 1990.

2. Андреев С. Е., Перов В. А., Зверевич В. В. «Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых». Москва, издательство «Недра», 1980.

3. Коржова Р. В. Учебное пособие. Москва, 1989.

4. Справочник по обогащению руд. Москва, издательство «Недра», 1972.