Корисних копалин збагачення
КОРИ́СНИХ КОПА́ЛИН ЗБАГА́ЧЕННЯ — сукупність процесів первинного оброблення мінеральної сировини з метою відокремлення від порожньої породи всіх цінних мінералів з подальшим їх розділенням (див. також Корисні копалини). За призначенням процеси перероблення корисних копалин поділяють на підготовчі, основні (збагачувальні) та допоміжні (завершальні). Підготовчі процеси — дроблення, подрібнення, грохочення та класифікації — призначені для розкриття або відкриття зерен корисних компонентів (мінералів), що входять до складу корисної копалини, і розділення її на класи крупності, що задовольняють технологічні вимоги наступних процесів збагачення. Серед основних процесів — гравітаційні, магнітні, флотаційні, бактеріальні. Вони призначені для розділення вихідних мінеральних сировини з розкритими або відкритими зернами корисного компонента на відповідні продукти. Завершальні операції — згущення пульпи, зневоднення та сушка продуктів збагачення — дозволяють одержати кондиційні продукти збагачення, а також регенерувати оборотні води. Під час К. к. з. можливе отримання як кінцевих товарних продуктів (вапняк, азбест, графіт та ін.), так і концентратів, придатних для подальшого хімічного або металургійного перероблення. Збагачення — найважливіша проміжна ланка між видобуванням корисних копалин і їхнім використанням. У основі його теорії лежить аналіз властивостей мінералів і їхніх взаємодій у процесах розділення — мінералургія. К. к. з. дозволяє суттєво збільшити концентрацію цінних компонентів. Уміст важких кольорових металів міді, свинцю, цинку в рудах становить 0,3–2 %, а в їх концентратах — 20–70 %. Концентрація молібдену збільшується від 0,1–0,05 % до 47–50 %, вольфраму — від 0,1–0,2 % до 45–65 %, зольність вугілля знижується від 25–35 % до 2–15 %. Під час збагачення також здійснюють вилучення шкідливих домішок мінералів (арсен, сірка, кремній тощо). Вилучення цінних компонентів у концентрат становить від 60 до 95 %. К. к. з. може бути ідеальним (розділення мінеральної суміші на компоненти, при якому повністю відсутнє засмічення кожного продукту сторонніми для нього частинками) та частковим (збагачення окремого класу крупності корисних копалин або виділення найлегше відокремлюваної частини засмічуючих домішок з вихідного продукту з метою підвищення концентрації в ньому корисного компонента).
Ефективність ідеального збагачення складає 100 % за будь-яким критерієм. Часткове збагачення застосовується, напр., для зниження зольності некласифікованих енергетичних вугілля шляхом виділення та збагачення крупного класу з подальшим змішуванням одержаного концентрату та дрібного незбагаченого відсіву. Для різних технологічних процесів встановлені допустимі норми взаємозасмічення продуктів збагачення. Допустимий відсоток втрат корисних копалин знімається з балансу продуктів збагачення для покриття розбіжностей при врахуванні маси вологи, виносу корисних копалин з димовими газами сушарок, механічних втрат тощо. Найменший і найбільший розміри частинок руди, вугілля тощо, ефективно збагачуваних, — границя збагачення; нижня границя крупності матеріалу, який підлягає збагаченню, — глибина збагачення. Збагачуваність — здатність до розділення на відповідні продукти — залежить від контрастності розділових ознак корисної копалини. Вона є технологічною оцінкою можливої повноти вилучення корисних компонентів з руд і вугілля шляхом їх збагачення. Наприклад, збагачуваність флотацією — флотаційна здатність (флотованість) руди або вугілля. З урахуванням того, що на збагачуваність впливають дві групи факторів — характеристики самого збагачуваного матеріалу та характеристики збагачувальних процесів, а збагачення є багатоопераційним процесом, з сучасних позицій під нею слід розуміти таку технологічну оцінку можливої повноти вилучення корисних компонентів, яка передбачає оптимізацію параметрів технологічних процесів усього ланцюга переділу при К. к. з. Категорії збагачуваності для камʼяного вугілля: І — легка — вихід проміжних фракцій менший 4 %; ІІ — середня — 4–10 %; ІІІ — важка — 8–17 %; ІV — дуже важка — більше 17 %; для антрациту: відповідно менше 4, 4–8, 8–14, більше 14 %. Збагачуваність залежить від мінерального складу, текстури та структури. Збагачуваність гравітаційними методами визначають за допомогою т. зв. кривих збагачуваності, які відображають залежності між густиною та виходом фракцій. Первинне перероблення твердих корисних копалин з метою отримання технічно цінних продуктів, придатних для промислового використання, виконують на збагачувальних фабриках. Залежно від взаєморозташування їх поділяють на індивідуальні — для К. к. з. лише одного видобувного підприємства, як правило, перебувають на одному з цим підприємством промисловому майданчику; групові та центральні — для К. к. з. декількох видобувних підприємств. Крім того, є фабрики, які входять до складу підприємства-споживача, — при коксохімічних і металургійних заводах. Розрізняють дробильно-сортувальні, промивні, гравітаційні, флотаційні, магнітне збагачення і з комбінованою технологією (використовують операції випалення або гідрометалургію) збагачувальних фабрики. Після виконання усіх збагачувальних процесів концентрат нагромаджують у бункерах або складах, звідки він надходить на подальшу переробку, або його відпускають споживачеві, а відходи у вигляді водно-піщаної (водно-глинистої) суспензії направляють у відвали. Для збагачувальних фабрик характерна значна енергоємність.
Їх також поділяють на вертикальні, горизонтальні і ступінчастого розташування. Для вертикального розташування характерна самопливна система внутрішньофабричного транспортування матеріалу (на практиці зустрічаються рідко через циркулюючі навантаження); для горизонтального — розгалужено-механізована система транспорту (застосовуються також нечасто, бо вимагають великого промислового майданчика); для ступінчастого — самопливно-механізована система транспорту. Від 1980-х рр. у США та Японії використовують модульний принцип проектування та будівництва збагачувальних фабрик на основі стандартних блоків (дроблення, подрібнення, флотації та ін.); у Великій Британії, Німеччині, Франції перевагу надають односекційному компонуванню з однопотічною схемою та встановленням високопродуктивного обладнання; в Україні, Чехії, РФ поширені багатосекційні фабрики, переважно зі ступінчастим компонуванням. Серед провідних фахових видань — «Збагачення корисних копалин» (Національний гірничий університет, Дніпропетровськ), «Обогащение руд» (РФ), «Aufbereitungs-Technik» (Німеччина), «International Journal of Mineral Processing» (Нідерланди), «Mining Processing Equipment», «Coal preparation» (обидва — США). Нині кафедри К. к. з. функціонують при Донецькому технічному університеті, Криворізькому університеті (Дніпропетровська обл.) та Національному гірничому університеті (Дніпропетровськ).