Полезные ископаемые

1.1. Классификация  сырья

 

 

Сырье – это материалы естественного или искусственного происхождения, использующиеся в процессе производства для получения полуфабрикатов или готовой продукции.

По агрегатному состоянию сырье подразделяется на  твердое, жидкое, газообразное.

По происхождению сырье подразделяется на растительное, животное и минеральное.

Растительное и животное сырье перерабатываются или в продукты питания или в продукты промышленного или бытового назначения. Источником растительного и животного сырья является ресурсы естественной среды обитания: земельные, лесные и водные. Растительное и животное сырье имеет большое значение для многих отраслей народного хозяйства. Особенностью многих видов животного и растительного сырья является сезонность добычи, связанная с вегетационным периодом.

Замена пищевого сырья не пищевым является очень важной задачей. Так, например при производстве этилового спирта замена зерна и картофеля нефтехимическими сырьем.

Минеральное сырье является важнейшим. Оно подразделяется на рудное, нерудное и горючее. Минеральное сырье называется полезными ископаемыми.

Среди полезных ископаемых выделяют три основные группы:

1) металлические полезные  ископаемые — сырье для производства  металлов, являющихся основой машиностроения, различных видов транспорта, электротехнической и оборонной промышленности;

2) неметаллические полезные  ископаемые, служащие сырьем для  получения неметаллических элементов и их соединений (кислот, солей), а также для производства минеральных удобрений, строительных, керамических, дорожных и других материалов;

3) горючие полезные ископаемые, которые в естественном или переработанном виде используются как топливо, либо в качестве химического сырья (уголь, нефть).

Полезные ископаемые имеют огромное значение в экономике каждой индустриально развитой страны. Масштаб добычи и переработки полезных ископаемых может в известной степени служить мерилом материальной культуры страны, ее богатства, экономического развития и независимости.

Нет ни одной отрасли народного хозяйства, где бы в том или ином виде не применялись полезные ископаемые. Они служат основой развития тяжелой промышленности. Развитие сельского хозяйства также тесно связано с полезными ископаемыми. Они широко используются и в производстве товаров народного потребления.

Мировая добыча полезных ископаемых огромна. В год с каждого квадратного километра суши добывают в среднем более 13 т минерального сырья, а на каждого человека приходится около 1 г в год

 

 

 

1.2. Способы добычи  полезных ископаемых

 

 

Месторождения полезных ископаемых могут располагаться в различных экономико-географических и климатических зонах. Глубина залегания рудных тел изменяется в больших пределах. Иногда руды залегают около поверхности, в большинстве случаев находятся на глубине 100-500 м, а ряд месторождений может залегать на глубине до 1000 м и более ( например месторождения медно-цинковых руд).

В горной промышленности, обеспечивающей рудным сырьем различают три способа добычи полезных ископаемых:

- открытый карьерный;

- подземный шахтный;

- комбинированный.

Открытый способ применяется в том случае, если полезное ископаемое располагается не далеко от земной поверхности. Сначала снимается верхний плодородный слой почвы, в затем снимается слой пустой породы, не содержащей ценного компонента. Эти операции называются вскрышными работами; после их проведения производится непосредственная выемка полезного ископаемого.  Для разупрочнения горной массы (ее разрыхления с целью облегчения добычи) могут использовать буровзрывные работы. Открытый способ имеет ряд существенных преимуществ и является наиболее рентабельным способом разработки: лучшие санитарно-гигиенические условия труда, возможность применения высокопроизводительного горно-транспортного оборудования и, как следствие этого, - возможность достижения высоких технико-экономических показателей. При открытом способе производительность труда рабочих в 4-5 раз выше, чем при подземной разработке, а себестоимость добытой руды в 2-3 раза ниже. Потери полезного ископаемого при открытом способе обычно не превышают 3-5% вместо 10-15% при подземной разработке.  Капитальные затраты на строительство всего комплекса зданий и сооружений для подземной разработки в 1,5-2 раза выше, скорости строительства в 2-3 раза длительнее, чем при открытом способе. Поэтому, если в регионе несколько месторождений одного полезного ископаемого, разработку начинают с того, которое залегает недалеко. Открытый карьерный способ добычи не требует сооружения каких-либо коммуникаций, за исключением подъездных путей для автотранспорта (не требуется тепло-, энергоснабжение, водоснабжение и водоотведение и др.).

Глубоко залегающие полезные ископаемые добывают подземным способом в шахтах. Шахта является сложным инженерным сооружением, со множеством систем коммуникаций, например: обеспечение вентиляционных коммуникаций, откачкой грунтовых вод.

Комбинированную добычу применяют, как правило, при наклонном расположении рудного тела, когда разработку первоначально ведут открытым способом, а затем переводят на подземный (шахтный) метод. При большой протяженности рудного тела по падению возможно одновременное использование карьерного и шахтного способов.

 

1.3. Обогащение  полезных ископаемых

 

 

Только незначительная часть добываемых полезных ископаемых пригодна для непосредственной переработки. Большая же часть их в природном состоянии использована быть не может, поэтому предварительно руды подвергаются обогащению. Обогащение полезных ископаемых  осуществляется в специальных сооружениях – обогатительных фабриках.

Преимущества, достигаемые в результате обогащения полезных ископаемых, предшествующего их технологической переработке, в основном сводятся к следующему:

 

 1) обогащение бедных руд  расширяет ресурсы полезных ископаемых, т. е. увеличивает промышленные запасы  минерального сырья в стране;

2) обогащение сложных многокомпонентных руд позволяет более полно использовать заключенные в них полезные минералы;

 

 3) вообще обогащение повышает  техническую и экономическую  эффективность переработки полезных ископаемых и улучшает качество готовых продуктов;

4) удаление примесей при  обогащении уменьшает транспортные расходы при перевозке полезного ископаемого;

5) возможность удаления  пустой породы при обогащении  позволяет применить валовую добычу полезного ископаемого наиболее дешевыми и производительными способами по сравнению с выборочными системами разработки месторождения.

Совокупность операций, которым подвергаются руда и продукты обогащения, и последовательность их проведения называется технологической схемой обогащения. При обогащении полезных ископаемых  составляются качественно-количественная, водно-шламовая схемы, схема цепи аппаратов.

Схема, содержащая данные о качественных характеристиках руды и продуктов обогащения, называется качественной схемой. Если в схемах указывают количество руды и продуктов, получаемых в отдельных операцияхз, то ее называют количественной.  Обычно качественную и количественную схемы совмещают в качественно-количественную схемы. В водно-шламовой схеме указывается  Схема в которой, указаны аппараты в которых выполняется та или иная операция, называют схемой аппаратов.

Схема цепи аппаратов изображается в виде сети разветвляющихся и соединяющихся линий, в узловых точках которых изображены все аппараты, основные и вспомогательные. Аппараты на этих схемах даются при помощи условных обозначений, напоминающих их внешний вид.

На водно-шламовых схемах количества воды в отдельных операциях обозначаются в тоннах или в кубических метрах в единицу времени, а также в виде отношения количества твердого материала к жидкому (Т:Ж) или содержанием влаги в процентах.

На обогатительных фабриках полезные ископаемые подвергаются последовательным процессам переработки, которые по назначению в технологическом цикле разделяются на подготовительные, основные и вспомогательные.

К подготовительным процессам относят дробление, дезинтеграцию, измельчение, грохочение и классификацию, т.е. те в результате которых достигается раскрытие минералов с образованием механической смеси частиц различного минерального состава, пригодной для их последующего разделения в процессе обогащения, а также операции усреднения полезных ископаемых, которые могут проводится на рудниках, карьерах, в шахтах и на обогатительных фабриках.

К основным процессам относят флотацию, магнитную и электрическую сепарацию, обогащение на концентрационных столах, шлюзах, винтовых сепараторах, отсадочных машинах и др., т.е. физические и физико-химические процессы разделения минералов, при которых полезные минералы выделяются в концентраты, а пустая порода – в хвосты.

К вспомогательным процессам относят обезвоживание т.е. удаление влаги из продуктов обогащения, очистку сточных вод для повторного их использования или сброса в водоемы общего пользования и пылеулавливание т.е. процесс очистки воздуха перед выбросом его в атмосферу.

В результате обогащения полезного ископаемого получается несколько продуктов: концентраты, промежуточные продукты и хвосты.

Концентратом называют продукт обогащения с повышенным по сравнению с исходной рудой содержанием полезных компонентов (минералов, металлов или элементов). При обогащении многокомпонентных полезных ископаемых обычно получают два или несколько концентратов. В этом случае концентрат называется по основному компоненту (минералу, металлу или элементу); например, свинцовый, баритовый или серный концентраты.

Хвостами называют отходы обогащения, содержащие преимущественно минералы пустой породы и незначительное количество полезных компонентов.

В процессе обогащения не всегда удается сразу получить готовый концентрат и отвальные хвосты. Иногда получают в первой (основной) операции готовый концентрат, но оставшийся материал содержит еще много полезных минералов. В таких случаях его подвергают повторному обогащению один или несколько раз, в результате чего получают отвальные хвосты и продукт, обогащенный полезным компонентом. Такие операции, служащие для доизвлеченияполезных компонентов из хвостов, называются контрольными, а полученные в результате этих операций обогащенные продукты, более бедные, чем основной концентрат, называются промежуточными продуктами (сокращенно –промпродуктами). Обычно промежуточные продукты подвергают дополнительной обработке, чтобы довести содержание в них полезного минерала до необходимого.

Иногда, наоборот, в основной операции получают отвальные хвосты и бедные концентраты, которые нельзя отправить потребителю. В этих случаях повторному обогащению (один или несколько раз) подвергают концентрат, в результате чего получают готовый концентрат и сравнительно бедный промпродукт. Такие операции, служащие для повышения качества концентратов, называются перечистными.

В зависимости от порядка одноименных операций им присваивают номера – первая основная операция, вторая основная, первая перечистная, вторая перечистная и т.д.

©Результаты обогащения полезного ископаемого нельзя оценить при помощи какого-нибудь одного показателя. Для этой цели пользуются несколькими показателями, характеризующими технологический процесс в целом. К основным показателям относятся:

-       содержание компонента в исходном сырье и продуктах обогащения;

-       выходы продуктов обогащения;

-       извлечение компонентов в продукты обогащения;

-       степень концентрации полезного компонента и степень сокращения, достигаемые при обогащении;

-       эффективность обогащения.

Содержанием компонента называется отношение массы компонента к массе продукта, в котором оно находится (в пересчете на сухое вещество). Содержание компонентов обычно определяется химическими анализами и выражается в процентах (%), долях единицы или граммах на тонны (г/т) (для благородных металлов). Содержание компонентов принято обозначать буквами греческого алфавита: