Особенности обогащения в стадиях рудоподготовки

Обогащение в стадиях рудоподготовки - это обогатительные операции, осуществляемые в отдельных стадиях дробления или циклах дезинтеграции, позволяющие либо получить из руды все конечные продукты, либо предварительно (для части раскрытых минеральных фаз) обогатить руду с выделением части конечных концентратов и отвальных хвостов, либо разделить руду на технологические типы и сорта.
В зависимости от специфики руды, раскрытия фаз, содержания компонентов, обогатимости, кондиций на конечную продукцию обогатительного передела с помощью обогащения в рудоподготовительных стадиях могут решаться следующие технологические задачи:
- удаление породной массы в крупнокусковом виде;
- выделение крупнокусковых кондиционных концентратов;
- разделение исходной горной массы на технологические типы и сорта, перерабатываемые в дальнейшем по различным технологическим схемам и режимам или складируемые для использования в будущие периоды;
- удаление вредных для последующих технологий пород и минералов.
Концентраты обогащения в стадиях рудоподготовки могут быть кондиционными и некондиционными, то есть требующими дальнейшего обогащения.
В ряде случаев в отдельных операциях или схемах возможно совмещение нескольких технологических функций.
Внутри рудоподготовительного передела можно выделить группу разделительных операций (обеспечивающих выделение отвальных хвостов, концентрирование полезных компонентов или разделение на технологические типы) и операций, подготавливающих сырьё к разделению (дробление, грохочение, промывка, оттирка, классификация, обеспыливание и т. д.). Операции этого передела предназначены для дезинтеграции и разделения не мономинеральных и породных фаз, а фаз агрегатов рудных минералов и коллоидно-дисперсных агрегатов (пустая порода) или рудной и безрудной фаз.
Продуктами разделения рудоподготовки являются либо готовые концентраты, либо концентраты предварительного обогащения, либо отвальные хвосты предварительного обогащения, либо различные технологические типы и сорта руды.
Готовые концентраты в рудоподготовке получают для переработки в дальнейшем в кусковом виде - это концентраты руд чёрных металлов, ряда минералов и горных пород, используемых в качестве флюсов, а также некоторых видов нерудного сырья. Готовые кусковые концентраты могут быть представлены в одних случаях богатыми полезными компонентами минеральными агрегатами (например, концентраты руд чёрных металлов), в других - мономинеральными фазами (например, концентраты кварца, флюорита, самородных металлов).
В стадиальных схемах обогащения операции сепарации минеральных агрегатов, осуществляемые в кусковом виде до операций раскрытия минералов (завершающих стадий дробления, измельчения), являются операциями предварительного обогащения. При предварительном обогащении разделяются минеральные и породные агрегаты, при глубоком обогащении производится разделение минералов между собой, а также минералов и горных пород.
В отдельных случаях предварительного обогащения минералы в полной мере не раскрыты, а имеются куски-сростки минералов нескольких компонентов, куски-сростки минералов и горных пород, в том числе и довольно богатые, и довольно бедные. В результате предварительного обогащения чаще можно получить отвальные хвосты и обогащённые продукты минеральных агрегатов, в ряде случаев - продукты с различной концентрацией разных минеральных агрегатов (технологических типов), редко - концентрат одного минерала и остающуюся руду. Дальнейшее обогащение ведётся в меньшей, чем при предварительном обогащении, крупности при большом количестве свободных зёрен минералов или относительно богатых сростков, при этом можно получить помимо отвальных хвостов концентраты отдельных минералов или концентраты минералов отдельных полезных компонентов.
В стадиях рудоподготовки применяют следующие методы обогащения: гравитационный, магнитный, информационные, промывку, избирательное дробление - грохочение. Ввиду того, что многие из этих обогатительных процессов используют для разделения руды на различных уровнях фазового состояния при обогащении как в стадиях рудоподготовки, так и в глубоком обогащении, они решают в этих случаях различные технологические задачи.
Осуществляемые в ходе рудоподготовки процессы распознавания и сортировки руд (на технологические типы, сорта, породную массу), разрушения рудной массы для раскрытия агрегатов рудных минералов или для доведения её до требуемой крупности, подготовки с разделением руды на классы крупности и с интенсификацией различий в физических свойствах компонентов, разделения на продукты с преобладанием агрегатов рудных минералов и пустую породу по сути являются предварительными стадиями обогащения. После предварительного обогащения в рудоподготовительном переделе обязательно следуют дальнейшие переделы обогащения (как правило, с использованием процессов, требующих измельчения и осуществляемых в крупности менее 1 мм), которые включают в себя процессы, обеспечивающие раскрытие минералов (обычно измельчение), процессы подготовки к обогащению (классификация, тонкое грохочение, обесшламливание, обеспыливание и т. п.), обогатительные процессы, вспомогательные процессы и т. д.
Рассмотрим различия технологий с использованием обогащения в стадиях рудоподготовки и без него.
Следующее за предварительным обогащение может осуществляться на стадии концентрирования фаз агрегатов рудных минералов и пустой породы, причём этой стадией обогащение и заканчивается. Качество получаемых концентратов достаточно высокое, чтобы полагать их конечными, и для его повышения не требуется прибегать к дальнейшему раскрытию минералов и их разделению. Поэтому, если за обогащением с разделением фаз агрегатов рудных минералов и породы нет следующей стадии обогащения хотя бы одного из продуктов, проведённое обогащение не является предварительным.
С одной стороны, известно много примеров технологий обогащения руд (марганцевые, хромовые и т. д.), которые осуществляются в кусковом виде и заканчиваются в стадиях рудоподготовки.
С другой стороны, схемы обогащения различного минерального сырья часто строятся по стадиальному принципу во избежание переизмельчения. Если разрушение кусков осуществляется в несколько стадий, при этом раскрываются и рудные агрегаты, и минералы, и породная фаза, а после этого следуют обогатительные операции, то первые стадии обогащения не могут быть признаны стадиями предварительного обогащения, хотя за ними могут следовать новые стадии обогащения. Уже в первых стадиях разделение ведётся, в том числе, и по мономинеральным фазам, хотя при этом преобладают и разделяются фазы агрегатов рудных минералов.
Если та же руда обогащается в несколько стадий, причём существенного раскрытия собственно минералов в первых стадиях не происходит, то операции разделения в этих стадиях обогащения можно считать операциями предварительного обогащения, а всю технологию надо рассматривать как включающую два передела: передел предварительного (в данном случае операции раскрытия агрегатов рудных минералов и разделения до начала операций раскрытия минералов) и глубокого (в данном случае включающего операции раскрытия и разделения минералов) обогащения.
Итак, обогащение (со всеми подготовительными процессами) можно считать предварительным, если выполняются три основных условия: первое - разделяемыми фазами являются агрегаты рудных минералов и породные куски (в первых стадиях при сортировке - рудная и породная массы); второе - хотя бы один из полученных при разделении продуктов должен далее перерабатываться в последующих переделах обогащения; третье - разделение должно осуществляться до начала операций раскрытия минералов.
Учитывая вышесказанное, дадим следующее определение.
Предварительное обогащение - это часть рудоподготовки, рассматриваемая как совокупность процессов: разделения горной массы на рудную массу и безрудные тела, дезинтеграции (дробления) рудной массы, подготовки с получением технологических классов крупности и интенсификацией различий в физических свойствах компонентов; разделения рудной массы на продукты с преобладанием агрегатов рудных минералов (их может быть несколько) и породную массу. Перечисленные процессы могут начинаться после отделения горной массы от массива и заканчиваться до первых, предназначенных для раскрытия минералов операций, при этом обязательно хотя бы один из получаемых продуктов не является конечным и должен перерабатываться в последующих стадиях традиционного обогащения.
Для предварительного обогащения характерно несущественное раскрытие минералов. В крупнокусковом материале в виде свободных зёрен чаще находятся зёрна породы, поскольку породная (преобладающая) фаза в руде представлена более крупными агрегатами и как преобладающая фаза раскрывается в большей крупности. Кроме того, в руде всегда присутствует разубоживающая породная составляющая.
Поскольку предварительное обогащение - это обогатительные операции, выполняемые в стадиях рудоподготовки, предваряющей глубокое обогащение, которое осуществляется после стадий измельчения и раскрытия разделяемых фаз (флотационными, магнитными, гравитационными, электрическими методами), оно может иметь целью:
- удаление крупнокусковых отвальных хвостов с последующим измельчением и глубоким обогащением концентратов предварительного обогащения;
- разделение руды на технологические типы, которые после измельчения обогащаются по различным технологическим схемам, режимам и даже с использованием различных методов обогащения;
- выделение крупнокусковых товарных концентратов с последующим измельчением и глубоким обогащением хвостов (промпродуктов) предварительного обогащения.
Предварительная концентрация - это обогатительные операции предварительного обогащения, выполняемые в стадиях рудоподготовки с целью выделения отвальных кусковых хвостов (частный случай предварительного обогащения).
Наиболее общий случай схемы обогащения в стадиях рудоподготовки показан на рис. 1.1. На нём отражены типовая схема разделения руды на технологические типы или сорта, а также варианты схем с выделением крупнокусковых товарных концентратов или отвальных хвостов. Объединением отдельных операций в единую схему иллюстрируется стадиальный принцип построения схем предварительного обогащения и схем с получением конечных продуктов и возможность осуществления обогащения в рудоподготовке однократно в любой из стадий.

Принципиальной схемой переработки руды после добычи иллюстрируются возможные варианты применения предварительного обогащения в ходе рудоподготовки.
Особо отмечены операции концентрирования методами порционной сортировки, которые тяготеют к горным работам и выполняются по результатам геофизического анализа.
Обогащение может быть проведено в несколько стадий: сразу после отбойки, после любой из стадий дробления-грохочения, в отдельных случаях после первых стадий измельчения-классификации - и может осуществляться непосредственно на руднике: в забое или в других свободных местах шахт и карьеров, на рудоконтролирующих станциях (PKC) или в специальных цехах обогащения рудоподготовительных комплексов (рудосортировочные комплексы, отделения избирательного дробления-грохочения, промывки, сухой магнитной сепарации, отсадки, тяжелосредной сепарации и т. д.). Они территориально могут располагаться как в непосредственной близости от рудника, что предпочтительно при значительном удалении рудника от обогатительной фабрики, так и около обогатительной фабрики.
Из схемы на рис. 1.1 можно видеть принципиальную возможность многократного вывода хвостов, получения концентратов после различных стадий рудоподготовки, раздельного обогащения руды различных технологических типов. Следует отметить, что эта схема лишь иллюстрирует возможные точки приложения различных методов предварительного обогащения, но не говорит об обязательности их применения для всех руд. Наиболее часто при рудоподготовке применяется одна-две операции обогащения в одной или двух стадиях.
В связи с возможностью выделения нескольких технологических типов руд и ограниченностью числа трактов дробления-измельчения встает вопрос о циклично-поточных технологиях, предполагающих развитие складского хозяйства для накопления и хранения различных типов руд и последовательную переработку различных продуктов.