В горнодобывающей промышленности извлечение полезных компонентов неизбежно сопровождается образованием огромного количества тончайшей пыли и шламов. При дроблении и измельчении горных пород до необходимых для обогащения размеров часть сырья переизмельчается. В результате образуются частицы размером менее одной десятой миллиметра, которые ведут себя иначе, чем куски породы классической крупности. Если применять стандартные технологии к такому сырью, это приводит к потере ценных металлов, которые просто уходят в хвостохранилища вместе с водой.
Специфика взаимодействия мельчайших частиц с водой, химическими реагентами и воздухом вынуждает горно-обогатительные комбинаты внедрять особые технологические схемы. Пылеватые фракции обладают огромной удельной поверхностью. Это значит, что они мгновенно впитывают влагу, слипаются, комкуются и окисляются на воздухе быстрее, чем крупный песок или щебень.
Что относят к мелкодисперсному сырью на производстве
Руда никогда не бывает однородной по прочности, поэтому в дробилках более хрупкие минералы разрушаются в пыль первыми. На любом предприятии всегда образуется определенный процент ультратонких классов. Разделение частиц по крупности происходит на всех этапах обогащения. В этот момент технологи сталкиваются с необходимостью выделять и отдельно обрабатывать самые мелкие фракции.
Мелкодисперсные материалы в горном деле делятся на несколько основных категорий в зависимости от происхождения и этапа образования:
- шламы, образующиеся в процессе мокрого измельчения руды в шаровых или стержневых мельницах;
- улавливаемая системами аспирации сухая пыль, возникающая при работе щековых и конусных дробилок;
- хвосты обогащения, которые годами накапливались в специальных отстойниках и теперь пригодны для повторного извлечения полезных веществ благодаря новым технологиям;
- тонкие концентраты, полученные после флотационных машин и нуждающиеся в глубоком обезвоживании перед отправкой на металлургические заводы.
Сложности при обогащении тонких классов
Главная трудность при разделении минералов малого размера заключается в их массе. Классическая гравитационная схема, при которой тяжелые частицы оседают, а легкие всплывают, здесь сбивается. Ультратонкие крупинки золота, меди или железа обладают настолько малым весом, что гидродинамические силы воды удерживают их во взвешенном состоянии. Они могут часами находиться в толще жидкости, не опускаясь на дно.
При использовании пенной флотации возникают другие физические барьеры. Пузырьки воздуха, к которым должны прилипать гидрофобные минералы, часто оказываются слишком крупными. Мелкая частица просто отскакивает от поверхности большого воздушного пузыря, не сумев пробить его оболочку. В итоге ценный компонент не поднимается в пенный продукт, а уходит в отвал. Для решения этой задачи инженеры используют специальные пенообразователи и собиратели, а также меняют конструкцию самих обогатительных аппаратов.
Кроме того, огромная суммарная площадь поверхности мельчайших частиц приводит к перерасходу химических реагентов. Пылевидная пустая порода, например глинистые минералы, работает как губка. Она впитывает дорогостоящие химикаты, не оставляя их для целевого металла. Это сильно увеличивает себестоимость конечного продукта.
Применяемое промышленное оборудование
Для работы с таким капризным сырьем машиностроители разработали узкоспециализированные агрегаты. Обычный гидроциклон не всегда способен точно разделить пульпу по границе в несколько десятков микрон. Поэтому технологические линии оснащаются машинами, использующими центробежные силы высокой интенсивности, вибрацию и глубокий вакуум.
На современных фабриках процессы классификации, сгущения и фильтрации выстраиваются в сложные цепочки. Это позволяет не только извлечь ценные металлы, но и вернуть очищенную воду обратно в технологический цикл предприятия, что снижает экологическую нагрузку на регион.
Для обработки и извлечения ультратонких фракций применяют следующие виды оборудования:
- колонные флотационные машины, в которых создается поток микроскопических пузырьков воздуха, способных захватывать частицы размером от десяти микрон;
- центробежные концентраторы, где обогащение происходит под воздействием силы, превышающей гравитацию Земли в несколько сотен раз;
- высокочастотные грохоты с полиуретановыми ситами, ячейки которых не забиваются липким шламом благодаря постоянной мелкой вибрации;
- пластинчатые сгустители и пресс-фильтры башенного типа, способные выдавить воду из глинистой массы до состояния сухого коржа.
Процессы окускования и подготовка к транспортировке
Получить концентрат из пыли – это только половина задачи. Перевезти сухой мелкодисперсный порошок в открытых вагонах невозможно, поскольку малейший ветер унесет значительную часть груза. Загружать такое сырье в плавильные печи тоже нельзя, потому что мощные потоки горячего газа немедленно вынесут пыль в трубу, из-за чего забьются фильтры.
Для подготовки сырья к металлургическому переделу применяют методы агломерации, брикетирования или окомкования. В специальных барабанах или тарельчатых грануляторах влажный порошок смешивают со связующими добавками, например с бентонитовой глиной, и скатывают в ровные шарики – окатыши. Затем их обжигают при высоких температурах в конвейерных машинах. В результате получается прочный продукт правильной формы, который легко грузить в транспорт, хранить на открытых складах и отправлять в доменные или рудотермические печи.
Использование роллер-прессов позволяет прессовать пыль в плотные брикеты под высоким давлением даже без добавления связующих веществ. Сухой метод брикетирования особенно актуален для угольных шламов и металлургической пыли, где лишняя влага недопустима по технологическим нормам дальнейшего плавления. Внедрение таких линий замыкает цикл производства, благодаря чему остается минимум неиспользуемых отходов.