Введение во флотацию

31.07.2018
Задачи, поставленные перед нашей технической мыслью строительством России во всех областях, в том числе и в горно-металлургической и химико-технологической индустрии, требуют совершенно нового подхода к изучению различных дисциплин, чтобы с их помощью наиболее эффективно заставить служить человеку как природу вообще, так и ее минеральное сырье в частности.

Отсюда осуществление задачи «догнать и перегнать передовые в технико-экономическом отношении капиталистические страны» развертывает перед каждой областью знаний широкую программу переоценки достижений заграничной техники не только с точки зрения количественных результатов, но и с точки зрения их пригодности, как базы для дальнейшего развития нашего социалистического строительства.

Эксплуатация наших минеральных богатств при царизме почти целиком находилась в руках иностранных капиталистов и по своему методу ничем не отличалась от «колониального способа» извлечения полезного ископаемого из недр земли. Этим объяснялись практиковавшиеся хищнические методы эксплуатации, заключавшиеся в разведке лишь наиболее богатой части месторождения и в полной неувязке планов развития данного иностранного (концессионного) предприятия с ходом общего разворота хозяйства всей страны и данной местности в частности.

Одним из наиболее ярких подтверждений этого положения является весьма слабое применение и развитие обогащения полезных ископаемых в дореволюционной России, в противовес успешному развитию его за границей. Между тем, эта отрасль знания, как самостоятельная и промежуточная между горным дедам и металлургией или технологией вообще, призвана обеспечивать наиболее продуктивное и рациональное использование наших минеральных богатств.

В комплексной цепи горнометаллургического комбината, как известно, рациональное использование полезного ископаемого обеспечивают, при правильном их сочетании, следующие четыре отрасли промышленности: геолого-разведочное дело, горное дело, обогащение и отдельные виды технологии, например металлургия.

Рациональная увязка преследуемых каждой из этих отраслей целей является одной из труднейших задач, так как наши знания и умение использовать целый ряд полезных ископаемых в значительной степени еще далеки от совершенства. Так, технологи и металлурги еще до настоящего времени не в состоянии непосредственно добытое из недр земли полезное ископаемое с любым процентным содержанием в нем полезной части экономически выгодно перерабатывать с выделением конечного технологического продукта, и вследствие этого предъявляют целый ряд требований, в частности к обогащению, относительно чистоты и кондиций исходного для металлургического процесса материала.

Таким образом, основная задача обогащения — корректировать полезное ископаемое, как оно получается от горняка, в полезное ископаемое, каким его требуют металлург или технолог.

Ho значительное количество полезных ископаемых, которые обогащение при его современном уровне развития еще не научилось корректировать должным образом, остается втуне в виде «пустой порода», в настоящее время еще не поддающейся экономически выгодной эксплуатации.

Естественно, наше социалистическое хозяйство не может мириться с подобным; положением вещей и потому технической задачей сегодняшнего дня является скорейшее развитие каждой из упомянутых отраслей в таком направлении, чтобы использовать полезное ископаемое для нужд социалистического хозяйства наиболее рационально и рентабельно.

Отсюда ясно, что геолого-разведочное дело должно особенно углубить свои работы по определению запасов «бедных» полезных ископаемых, как будущей базы эксплуатации их нашей промышленностью. На примере Медной компании штата Юта (США) мы видим, что вследствие рационального использования методов эксплуатации и в особенности благодаря применению обогащения удалось экономически выгодно добывать и обогащать руду с 0,5%-ным содержанием в ней меди, эксплуатация которой у нас пока еще считается нерентабельной, почему мы руду с таким низким процентом содержанием металла оставляем неэксплуатируемой пустой породой. Неметаллические полезные ископаемые нашего Союза в значительной части дают такие же примеры, сокращая фактические запасы годных для эксплуатации минералов, хотя страна в них нуждается

Выявив точные запасы и характеристику бедных полезных ископаемых, можно легче установить, как и каким путем их рациональнее переработать, т. е. каким образом и по какому плану их использовать для эксплуатации.

В горном деле, при добыче полезного ископаемого, очень важно знакомство с фактическим расположением в недрах всех его участков, как богатых, идущих непосредственно в металлургическую или технологическую обработку, так и бедных, в настоящее время направляемых на переработку путем обогащения, а также и таких бедных руд, которые пока мы относим к пустой породе, но которые при некотором развитии техники обогащения, находящейся в значительной степени в зависимости от правильной постановки исследовательского дела в стране, могут быть использованы промышленностью.

Знание горняком всех участков полезного ископаемого как по распределению компонентов, так и по содержанию в них полезных элементов, обеспечит рациональную и плановую эксплуатацию всего месторождения полезного ископаемого, что, собственно, и является задачей горного дела. Металлургия или технология, потребляющие непосредственно лишь наиболее богатые части месторождения полезного ископаемого, должны соответственно перестроиться в своих методах переработки руды с целью вовлечения более бедных частей его. Так, в настоящее время металлургия железных руд уж занята исследованием вопросов бездоменной плавки руд, сулящей нам не только удешевление производства металла, но и возможность вовлечения в плавку более бедных руд. Пылевидное сжигание тонкораздробленных (например медных) руд — второй аналогичный пример; за ним следуют гидрометаллургические методы переработки и другие.

Правильное развитие самого процесса обогащения полезных ископаемых является краеугольным камнем вопроса наиболее полной эксплуатации полезных ископаемых вообще. Вот почему обогащение в целом должно непрерывно корректировать полное ископаемое в зависимости от предъявляемых к нему требований со стороны последующей обработки продуктов обогащения.

Хотя средства обогащения, или его процессы, немногочисленны, однако, решение вопроса о применении этих средств к отдельным объектам не всегда является легким и только при правильной постановке исследовательских работ по обогащению можно найти наиболее экономически выгодно сочетание их.

Так как основными требованиями, предъявляемыми со стороны технологии (металлургии) к качеству конечных продуктов обогащения (равно и к исходному полезному ископаемому) являются:

а) крупность материала и предельный процент мелочи,

б) твердость и структура материала,

в) химический анализ на содержание полезных и вредных элементов в конечных продуктах,

г) влажность,

д) благоприятные условия эксплуатации,

то укажем вкратце, в какой степени обогатительные процессы обеспечивают удовлетворение этих требований; в особенности остановимся при этом на роли флотационного процесса.

Крупность материала и предельный процент мелочи имеют значение в том случае, когда конечный продукт обогащения или его отдельные сорта поступают непосредственно в технологический или металлургический процесс. Так, для доменного процесса и процесса в шахтных печах весьма важно наличие минимального содержания в продукте класса — 10 мм, так как иначе мелочь — 10 мм необходимо аггломерировать или брикетировать. Для углей мелочь ниже 25 мм находит значительно меньшее применение, чем более крупные классы, но если угли коксующиеся, то эту же мелочь необходимо еще додрабливать до 2—3 мм, чтобы пустить в коксование. Для медных руд при плавке в отражательных печах, наоборот, вопрос тонкости помола перестает играть роль.

Таким образом, одно и то же требование может найти для разных полезных ископаемых и методов их переработки различные решения, а следовательно, возникает и необходимость применения различных комбинаций процессов обогащения.

Методами мокрого процесса — отсадкой, реомойкой, процессом Чанса и промывкой — мы получаем продукт в наиболее крупных классах, так же как и методами сухого магнитного, пневматического обогащения и различными способами, основанными на трении и т. д.

Методы концентрации на столах или мокрое магнитное обогащение занимают промежуточное положение, как дающие песковый и мелкозернистый материал.

Наконец, флотационный процесс применяется для рудных частиц от десятых долей миллиметра и ниже, а для нерудных частиц (углей) — не выше 2,5—3 мм.

Твердость и структура материала играет роль тогда, когда образование из «его мелочи и пыли недопустимо при последующей переработке. Так например, при доменном процессе кусковая руда или рудный аггломерат и кокс должны обладать определенной твердостью (крепостью), что может зависеть от того, насколько при том или ином процессе обогащения удается удалять те или иные вредные примеси, мешающие получению крепкого материала. В этом отношении чем совершеннее произведено разъединение компонентов, зависящее от структуры полезного ископаемого, тем чище может быть его концентрация. На долю флотации, как использующей тонкое измельчение, падает максимальная возможность получения наиболее чистых продуктов даже из мелковкрапленных полезных ископаемых.

Требование химического анализа на содержание полезных и вредных элементов в конечных продуктах всегда необходимо сочетать с химической структурой отдельных минералогических компонентов.

Изменение методами обогащения в полезном ископаемом того или иного химического элемента не может происходить абсолютно плавно, а обычно протекает в зависимости от стехиометрической формулы молекул минералов, содержащих данный элемент. Это обстоятельство необходимо иметь в виду для правильной увязки результатов обогащения с предъявляемыми к продуктам обогащения требованиями.

С другой стороны, постоянный контроль продуктов операций обогащения по минералогическим компонентам явился бы затруднительным вследствие тонкости помола, например, флотационных продуктов, а иногда и более медленным по сравнению с чисто химическим определением на содержание элементов.

Так как чистота разделения по компонентам в значительной степени является функцией структуры полезного ископаемого, то для тонковкра-пленных компонентов флотация должна дать более благоприятные данные. В силу этого при флотационном способе обогащения формулировка химического состава отдельных продуктов обогащения должна учитывать возможность получения их в наиболее благоприятном сочетании элементов для дальнейшего использования. Отсюда понятно стремление обогатителей к получению так называемого самофлюсующегося или легкоплавкого концентрата, который начинает приобретать все большее и большее практическое значение.

Поскольку продукты обогащения в дальнейшем используются металлургией или технологией, то требование на влажность является очень важным, так как излишек влаги заставляет вводить после обогатительных операций специальные процессы обезвоживания. Кроме того, влажность исходного материала также может играть решающую роль и для таких процессов, как пневматическое и сухое магнитное обогащение. При этом чем мельче продукты обогащения, тем обычно вопросы обезвоживания, фильтрования и сушки представляют более сложную задачу.

Таким образом, с внедрением флотационного процесса вопросы удаления влаги из его продуктов для разных полезных ископаемых могут играть даже доминирующую роль (например, обезвоживание и фильтрование углистых флотационных концентратов).

Благоприятные условия эксплуатации на предприятии в целом отражаются на том или ином внедрении и развитии отдельных процессов обогащения. Так, в местностях с недостатком воды экономически выгоднее использование сухих и пневматических методов обогащения, где флотация, очевидно, может занять только конечную и притом весьма подчиненную часть схемы. С другой стороны, легкие и дешевые условия добычи и высокая ценность полезного ископаемого позволят применить более тщательную и дорогую схему процессов обогащения, и наоборот.