Збагачення сировини - студопедія

Хімічна промисловість характеризується високою матеріаломісткістю вироб-ництва. На одну тонну готової хімічної продукції витрачається, як правило, не-скільки тонн сировини і матеріалів. Звідси випливає, що собівартість хімічної про-дукції в значній мірі визначається якістю сировини, способами і вартістю його отримання і підготовки. У хімічній промисловості витрати на сировину в собівартості-сті продукції складають 60-70% і більше.

Від виду і якості сировини істотно залежить повнота використання виробництв-ських потужностей галузей хімічної промисловості, продуктивність тепла, тривалість роботи обладнання, витрати праці і т.д. Властивості сировини, утримуючи-ня в ньому корисних і шкідливих компонентів визначають застосовувану технологію його обробки.

Види сировини вельми різноманітні, і їх можна розділити на наступні групи:

мінеральна сировина;
рослинний і тваринний сировину;
повітря, вода.

1. Мінеральне сировину - корисні копалини, видобуті з надр.

Корисні копалини в свою чергу поділяються на:

рудні (отримання металів) важливі поліметалічні руди
нерудні (добрива, солі, H +. OH - скло і т.д.)
горючі (вугілля, нафта, газ, сланці)

Рудне сировину - це гірські породи, з яких екологічно вигідно отримувати ме-Таллі. Метали в ньому знаходяться здебільшого у вигляді оксидів і сульфідів. Руди колір-них металів досить часто містять в своєму складі з'єднання декількох металів - це сульфіди Pb, Cu, Zn, Ag, Ni та ін. Такі руди називають поліметалічних або комплексними. Неодмінною складовою частиною всіх промислових руд є FeS2 - пірит. При переробці деяких руд отримують поряд з металами і інші продукти. Так, наприклад, одночасно з Cu, Zn, Ni при переробці сульфідних руд отримують і H2 SO4.

Нерудна сировину - це гірські породи, що використовуються у виробництві неметалевих ма-ріалів (крім хлоридів лужних металів і Mg). Цей вид сировини або непосредст-венно використовується в народному господарстві (без хімічної переробки) або служить для того чи іншого хімічного виробництва. Це сировина використовують у виробництві добрива-ний, солей, кислот, лугів, цементу, скла, кераміки і т.д.

Нерудна сировину умовно ділять на наступні групи:

будівельні матеріали - сировина використовується безпосередньо або після механічного-ської або фізико-хімічної відпрацювання (гравій, пісок, глина і т.д.)
індустріальна сировина - використовується у виробництві без обробки (графіт, слюда, корунд)
хімічне мінеральна сировина - використовують безпосередньо після хімічної про-ництва (сірка, селітра, фосфорити, апатит, сильвініт, кам'яна і інші солі)
дорогоцінний, напівдорогоцінне та виробна сировину (алмаз, смарагд, рубін, мала-хіт, яшма, мармур і т.д.)

Пальне мінеральна сировина - копалини, які можуть служити в якості топ-лива (вугілля, нафта, газ, горючі сланці та ін.)

2. Рослинна і тварина сировину - це продукти сільського (землеробства, тваринництва, овочівництва), а також м'ясного і рибного господарства.

За своїм призначенням воно підрозділяється на харчове і технічне. До харчового сировини відносяться картопля, цукровий буряк, хлібні злаки і т.д. Хімічна та інші галузі промисловості споживають рослинний і тваринний сировину, непридатне для їжі (бавовна, солома, льон, китовий жир, кігті і т.д.). Розподіл сировини на харчове і техниче-ське в деяких випадках умовно (картопля → спирт).

3. Повітря і вода є найдешевшим і доступним сировиною. Повітря - практично невичерпне джерело N2 і O2. H2 O не тільки безпосереднє джерело H2 і O2. але і бере участь практично у всіх хімічних процесах, а також використовується як раство-телеглядачам.

Економічний потенціал будь-якої країни в сучасних умовах в більшій сте-пені визначається природними ресурсами корисних копалин, масштабами і качест-кої характеристикою їх розташування, а також рівнем розвитку сировинних отрас-лей промисловості.

Сировинні ресурси сучасної промисловості дуже різноманітні, причому з розвитком нової техніки, впровадженням більш ефективних методів виробництва сировину-вая база постійно розширюється за рахунок відкриття нових родовищ, освоєння нових видів сировини і більш повного використання всіх його компонентів.

Вітчизняна промисловість має потужну сировинну базу і має в своєму розпорядженні запа-сами всіх необхідних їй видів мінеральної і органічної сировини. В даний час США займає перше місце в світі з видобутку запасів P, кам'яних солей, NaCl, Na2 SO4. азбесту, торфу, деревини і т.д. У нас одна з перших місць за розвіданими залі-жам нафти і газу. І розвідані запаси сировини з року в рік збільшуються.

На сучасному етапі розвитку промисловості велике значення набуває ра-нальні використання сировини, яке передбачає наступні заходи. Раціо-нальне використання сировини дозволяє підвищити екологічну ефективність вироб-ництва, тому що вартість сировини становить основну частку в собівартості хімічної продукції. У зв'язку з цим прагнуть використовувати більш дешеве, особливо місцеве си-рьyo. Наприклад, в даний час в якості вуглеводневої сировини все ширше викорис-товують нафту і газ, а не кам'яне вугілля, етиловий спирт, отриманий з харчової сировини замінюють на гідролізний з деревини.

Будь-яке викопне сировина після його видобутку з земної кори, крім корисної міні-ральной частини, завжди містить деяку кількість малоцінних або безцінних, а іно-гда і шкідливих для даного виробництва домішок - порожньої породи. Тому процес по-лучения мінеральної сировини не обмежується тільки виїмкою його з родовищ. До надходження в виробництво сировину піддають такій обробці, щоб його склад і властивості задовольняли вимогам даного технологічного процесу. Таке зраді-ня складу мінеральної сировини, що полягає в збільшенні концентрації в ньому по-корисної частини називають збагаченням.

Збагачення корисних копалин, як правило, складний і дорогий процес. Од-нако, не дивлячись на додаткові витрати, пов'язані зі збагаченням, воно забезпечує значний ефект, який визначає:

1) можливістю розширення сировинної бази за рахунок комплексного використання си-рья і залучення в експлуатацію бідних за змістом основного компонента мінералів і руд.

2) більш повне використання обладнання на хімічних підприємствах за рахунок пере-ництва висококонцентрованого сировини.

3) істотним поліпшенням якості готової хімічної продукції.

4) значною економією транспортних засобів, внаслідок зменшення перев-зок, що припадають на частку порожньої породи.

Збагаченню можуть піддаватися тверді матеріали (наприклад, гірські породи) рідко-сти і розчини, а також газові суміші.

У разі збагачення твердих матеріалів отриманий продукт називають концен-витрачати, а відходи - хвостами. У тих випадках, коли в сировині міститься кілька поліз-них складових, його ділять на окремі частини (фракції), збагачені тим чи іншим компонентом, тобто зі складного сировини отримують кілька концентратів, що дозволяє більш повно (комплексно) використовувати сировину.

Методи збагачення твердих матеріалів досить різноманітні, вони засновані на відмінності фізичних і хімічних властивостей речовин, що входять до складу сировини, наприклад, міцності, щільності, твердості, розчинності, магнітної проникності і т.д.

Головне завдання - комплексне використання сировини.

Отримуючи з сировини основний продукт, сировина збагачується на інші компоненти, кото-які часом є більш дорогими, ніж основний продукт.

Наприклад: виробництво цинку

ZnO (CuO, PbO, CdO, Au, Ag, РЗЕ, Pt)

Zn Cu-Pb + Pt Cu-Cd + Pt

↓ ↓ ↓ ↓

Cu + Pt Pb + Pt Cd Cu + Pt → Cu

Зменшення відходів виробництва

Відходи виробництва використовуються або на самому виробництві, або використовують на інші виробництва. Наприклад, цементна промисловість використовує шлаки (ме-них металів), сільськогосподарська промисловість використовує шлаки з фосфором. Ti, V та ін. Витягують з металургійних шлаків. З відходів виробництва зараз випускають ТНП.

Використання «вторинної сировини»

Особливо це відноситься до металургійної і целюлозно-паперової промисловості. Використовується металобрухт, макулатура і т.д.

Використання місцевої сировини

Це особливо набуває значення при довгих перевезеннях, тому що скорочення перевезень знижує собівартість продукції.

Заміна харчової сировини нехарчових

Етиловий спирт не з картоплі, а гідролізний або з етилену. При синтезі синтетичні-ського каучуку спирт як сировинний продукт замінюють на бутан (з природного газу).

Основні методи збагачення твердих речовин:

1. Розсіювання (просівання) засновано на тому, що мінерали, що входять до складу си-рья, мають різну міцність, тому при дробленні менш міцні (тендітні) мінерали дробляться на більш дрібні зерна, ніж міцні (в'язкі) матеріали. Якщо після через мельченной просіяти таку сировину через сито з отворами різного розміру, то можна отримати фракції, збагачені тим чи іншим мінералом.

2. Гравітаційне поділ грунтується на відмінності швидкостей осадження частинок в рідині або газі в залежності від щільності або крихкості цих частинок. Якщо осадження виробляють в рідини (найчастіше у воді), його називають мокрим гравітаційним збагаченням, якщо осадження ведуть в газі (частіше в повітрі), його називають сухим гравітаційним збагаченням.

3. Магнітна сепарація застосовується для збагачення магнітновоспріімчівих мате-ріалів від немагнітних, а також для видалення сталевих предметів, що випадково потрапили в руду; так відокремлюють магнітний залізняк від порожньої породи.

4. флотації збагачення засновано на різній змочуваності зерен окремих мінералів водою. Частинки несмачіваемих (гідрофобного) матеріалу не долають сили поверхневого натягу води і залишаються на її поверхні. Частинки змочують-мого (гідрофільного) матеріалу обволікаються плівкою рідини і опускаються на дно апарату. Несмачіваемих матеріал знімають з поверхні рідини, відокремлюючи від руди.

Рідкі розчини різних речовин концентрують упариванием розчинника, виморожуванням, виділенням домішок в осад або в газову фазу.

Газові суміші розділяють на компоненти послідовної конденсації, тобто пе-РЕВОД їх в рідкий стан при поступовому зниженні температури і стисненні. Цей метод заснований на відмінності температур конденсації компонентів газової суміші. В інших випадках газову суміш спочатку перетворюють в рідину, а потім послідовним испа-ренієм її поділяють на індивідуальні компоненти. Поділ газових сумішей здійс-ствляется також поглинанням окремих газів рідинами (абсорбція) або твердими речовинами (адсорбція) з подальшим виділенням їх з сорбентів в поглиненому вигляді.

А тепер перейдемо до більш докладного ознайомлення з теоретичними основами та технологіями процесів збагачення.

Як вже з'ясували, першою стадією будь-якого процесу збагачення твердих тіл є-ється стадія подрібнення. Залежно від розмірів шматків вихідного і подрібненого матеріалу розрізняють наступні класи подрібнення:

Розмір шматків вихідного матеріалу, dн. мм

Розмір шматків подрібнений-ного матеріалу, d к. мм

Дроблення a) велике b) середню c) дрібне Помол a) грубий b) середній c) тонкий d) колоїдний

1-5 0,1-0,05 0,1-0,04 <0,1

1-5 0,1-0,5 0,015-0,005 0,005-0,001 <0,001

По твердості подрібнення матеріали ділять на тверді (твердість по Моосу 5-10) - це руди, породи, шлак; середньої твердості (твердість 2-5) - вапняк, кам'яна сіль, вугілля; м'які (твердість <1) – глина, пластмассы, зерно.

Ставлення діаметрів шматків вихідного і подрібненого матеріалу dн / d к = i називаються вають лінійної ступенем подрібнення, а відношення dн 3 / d к 3 = i0 - об'ємної ступенем подрібнення. Під dн і d к увазі розміри найбільших шматків. При подрібненні великих і середніх шматків зазвичай i = 3-8, а для дрібних i = 10-50 і більше. При цьому, чим міцніше подрібнений матеріал, тим менше величина i.

Одним з найважливіших техніко-економічних показників процесів подрібнення твердих матеріалів є витрата енергії для здійснення роботи подрібнення. Якщо припустити, що подрібнення тіло є однорідним, абсолютно пружним і ділиться по суворо визначеному геометричному закону, то витрата енергії повинен бути про-порціонален величиною новоствореної поверхні в подрібненому матеріалі (по-поверхневі гіпотеза Ріттінгера 1867 г.)

Так, наприклад, тіло кубічної форми з довжиною ребра dн має поверхню Fн = 6dн 3. Разрежем цей куб на z маленьких кубиків з довжиною ребра d к. Число цих кубиків дорівнюватиме dн 3 / d к 3. а їх сумарна поверхня Fx = 6 (d / d) = 6dк 2 i0. Новостворена поверхню виражається формулою F = Fx -Fн = 6d (i-1).

Беручи, що на освіту одиниці поверхні витрачається робота Ау. отримаємо вираз для роботи на подрібнення розглянутого тіла

Величина Ау теоретичного визначенням не піддається і знаходиться дослідним шляхом в кожному конкретному випадку стосовно до даного матеріалу, даної машині і даної ступеня подрібнення. Вона одночасно і відображає відхилення від всіх раніше зроблених припущень. Величина А завжди більше теоретичної тому енергія додатково витрачається на деформацію тіла. Теорія також не враховує різну форму шматків матеріалу і може бути застосована лише у випадках подрібнення різанням і стиранням і для дрібного дроблення.

При подрібненні матеріалу методами розчавлювання, удару і для крихкого і середнього дроблення практично виправдовується гіпотеза Кирпичева-Кіка (1874), що базується на теорії пружності, згідно з якою витрата енергії пропорційний руйнівній напрузі, і енергія витрачається на деформацію матеріалу до його руйнування.

Висновок: під дією сили Р шматок матеріалу деформується до руйнування

# 963; р - різниця напруги

l - початковий розмір

Робота A = P # 916; l якщо P = відносний стиск (за законом Гука)

E - модуль пружності

Різноманітність фізико-хімічних властивостей твердих матеріалів привело до створення ряду подрібнюючих машин, що відрізняються принципом дії.

Принципи подрібнення твердих матеріалів наступні: