Сырьевая база и обогащение руд. Ч. 1. Руды и минералы

УДК 622,7 
К 66 

Коржова Р.В. Сырьевая база и обогащение руд. Учеб. пособие. 
Ч. 1. Руды и минералы: - М.: МИСиС, 2001,-194 с, 

Пособие состоит из двух частей, В первой части «Руды и минералы» изложены теоретические основы, аппаратурное оформление 
подготовительных и основных процессов обогащения (гравитационных и флотационных), а также общие сведения о минералах и рудах 
цветных и редких металлов, 

Пособие предназначено для студентов специальностей 1102, 
2102, 0608, изучающих дисциплину «Сырьевая база и обогащение 
руд», 

© Московский государственный 
институт стали и сплавов 
(Технологический университет) 
(МИСиС) 2001 

КОРЖОВА Раиса Васильевна 

СЫРЬЕВАЯ БАЗА И ОБОГАЩЕНИЕ РУД 

Учебное пособие 
для студентов специальностей 1102, 2102, 0608 

Часть I 
РУДЫ И МИНЕРАЛЫ 

Рецензент доц., канд, техн. наук J7.M Леонова 

Редактор Г.Б. Преображенская 

Заказ 1030 
Объем 194 стр, 
Тираж 370 экз. 

Цена "С" 
Регистрационный 
№477 

Московский государственный институт стали и сплавов, 
119991 Москва, Ленинский нр-т, 4 
Отпечатано в типографии издательства «Учеба» МИСиС, 
117419, Москва, ул. Орджоникидзе, 8/9 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение 
5 

Глава 1. Руды и минералы. Понятия о процессах обогащения 
7 

1.1. Общие сведения о рудах и минералах цветных и редких 
металлов 
7 

1.2. Мировые ресурсы и запасы основных руд цветных и 
редких металлов 
9 

1.3. Технологические показатели обогащения 
19 

1.4. Понятия о методах и схемах обогащения 
20 

Глава 2. Грохочение 
24 

2.1. Основные понятия и назначение грохочения 
24 

2.2. Гранулометрический состав, методы определения 
крупности материала 
27 

2.2.1. Ситовой анализ 
27 

2.2.2. Характеристики крупности 
28 

2.3. Эффективность грохочения и факторы, влияющие на 
процесс грохочения 
29 

2.4. Классификация и конструкция грохотов 
31 

2.4.1. Неподвижные грохоты 
32 

2.4.2. Подвижные грохоты 
34 

Глава 3. Дробление 
41 

3.1. Работа дробления 
42 

3.2. Стадии и степени дробления 
43 

3.3. Способы дробления 
44 

3.4. Классификация дробилок 
45 

3.4.1. Щековые дробилки с простым качанием подвижной 
щеки 
45 

3.4.2. Щековые дробилки со сложным движением щеки 
49 

3.4.3. Конусные дробилки 
51 

3.4.4. Валковые дробилки 
62 

3.4.5. Дробилки ударного действия: молотковые и 
роторные 
64 

3.5. Схемы дробления и грохочения 
67 

Глава 4. Измельчение 
72 

4.1. Классификация, принципы действия мельниц и область 
их применения 
72 

4.1.1. Стержневые мельницы 
79 

3 

4.1.2. Мельницы самоизмельчения 
81 

4.2. Скоростные режимы работы мельниц 
87 

Глава 5. Гидравлическая классификация 
92 

5.1. Теоретические основы процесса гидравлической 
классификации 
92 

5.2. Гидравлические классификаторы 
101 

5.3. Схемы измельчения и классификации 
108 

Глава 6. Гравитационные процессы обогащения 
114 

6.1. Отсадка 
115 

6.2. Отсадочные машины 
116 

6.3. Обогащение в струе воды, текущей по наклонной 
плоскости 
122 

6.4. Обогащение на концентрационных столах 
124 

6.5. Обогащение на концентрационных шлюзах 
130 

6.6. Обогащение на винтовых сепараторах 
136 

6.7. Обогащение в суживающихся (струйных) желобах 
143 

6.8. Обогащение в конусных сепараторах 
144 

6.9. Обогащение в тяжелых средах 
147 

Глава 7. Флотация 
154 

7.1. Теоретические основы 
154 

7.2. Флотационные реагенты 
156 

7.2.1. Собиратели 
158 

7.2.2. Пенообразователи 
166 

7.2.3. Модификаторы флотации 
169 

7.3. Технология флотации 
175 

7.3.1. Основные факторы, влияющие на флотацию 
175 

7.3.2. Флотационные машины 
178 

7.3.3. Схемы флотации руд 
187 

7.3.4. Классификация операций флотации 
189 

Литература 
193 

4 

ВВЕДЕНИЕ 

Руды цветных и редких металлов являются комплексным 
сырьем для получения различных металлов, редкоземельных и рассеянных. Эти руды также являются источником получения кварца, 
полевых шпатов, флюорита, барита, серы, талька и др. 

Из получаемых в процессе обогащения продуктов извлекается металлургическими и химическими методами 74 элемента периодической системы Менделеева Д.И. 

Расширение сырьевой базы горно-добывающих предприятий 
в настоящее время происходит в основном за счет разведки и освоения месторождений бедных, труднообогатимых руд, так как богатые 
месторождения практически уже отработаны. В этих условиях необходимо совершенствовать и оптимизировать существующие технологии обогащения на основе современных тенденций их развития, 
достижений отечественной и зарубежной обогатительной науки и 
техники. 

Добываемые из земных недр руды состоят из смеси минералов, сростков самых разнообразных размеров, формы зерен и с различными физическими и физико-химическими свойствами. С рудника открытых или подземных работ руда доставляется на обогатительную фабрику, где подвергается ряду последовательных процессов переработки для получения готовой продукции. 

Совокупность процессов механической обработки минерального сырья с целью отделения полезных минералов от вмещающей 
породы называется обогащение полезных ископаемых, которому подвергается > 90 % добываемого сырья. 

Механические методы обогащения различают по основным 
физическим и физико-химическим свойствам минералов, используемым для их разделения: плотности, крупности, твердости, магнитной 
восприимчивости, электропроводности, радиоактивности, оптическим свойствам и др. 

Наиболее распространенными методами обогащения являются флотационные, гравитационные, магнитные и электрические. 

Переработка полезных ископаемых на современных горнообогатительных и горно-металлургических комбинатах представляет 
собой сложный процесс, включающий добычу руды, ее транспортировку с рудника на фабрику, дробление, грохочение, измельчение, 

5 

классификацию, собственно обогащение, обезвоживание (сгущение, 
фильтрование, сушка) готовых товарных продуктов (концентратов) и 
складирование хвостов (отходов) в хвостохранилище. 

Качество товарной продукции обогатительных фабрик по содержанию ценного компонента (металла или минерала), вредных 
примесей регламентируется соответствующими ГОСТами и техническими условиями. 

При современном гигантском производстве металлов почти 
не осталось руд, которые можно сразу плавить, минуя стадию обогащения. Обогатительная отрасль горной промышленности возникла 
и развивалась в результате обеднения руд и все возрастающей потребности в различных металлах. 

Данный курс лекций позволит студентам, специализирующимся в области металлургии, получить достаточно полное представление об исходном сырье для металлургического производства, 
методах и технологиях его переработки. 

6 

Глава 1. РУДЫ И МИНЕРАЛЫ. 

ПОНЯТИЯ О ПРОЦЕССАХ 

ОБОГАЩЕНИЯ 

1.1. Общие сведения о рудах и 
минералах цветных и редких 

металлов 

Источниками добычи цветных и редких металлов являются 
месторождения руд или полезных ископаемых, содержащие один 
или несколько ценных металлов (компонентов), представленных соответствующими минералами в сочетании с вмещающей породой. В 
очень редких случаях в земной коре встречаются самородные элементы (медь, золото, серебро) в виде зерен, имеющих кристаллическое или аморфное строение. Содержание золота и серебра в руде 
очень низкое, всего несколько граммов на 1 т руды. На 1 г золота в 
земной коре приходится около 2 т породы. 

Руда - это такая порода, из которой на данном этапе развития 
техники экономически выгодно извлекать ценные компоненты. Руда 
состоит из отдельных минералов; те из них, которые надо извлечь, 
называют ценными (полезными), а те, которые в данном случае не 
используются, являются минералами вмещающей (пустой) породы. 

Однако понятие «пустая порода» условно. По мере развития 
техники обогащения и способов последующей переработки получаемых при обогащении продуктов минералы пустой породы, содержащиеся в руде, становятся полезными. Так, в апатитонефелиновой руде нефелин долгое время являлся минералом пустой породы, но после того как была разработана технология получения глинозема из 
нефелиновых концентратов, он стал полезным компонентом. 

По минеральному составу руды подразделяются на самородные, сульфидные, окисленные и смешанные. 

Руды также разделяются на монометаллические и полиметаллические. 

Монометаллические руды содержат только один ценный металл. Полиметаллические - два и более, например, Си, РЬ, Zn, Fe и 
др. В природе полиметаллические руды встречаются значительно 

7 

чаще, чем монометаллические. В большинстве руд содержится несколько металлов, но не все они имеют промышленное значение. В 
связи с развитием техники обогащения становится возможным извлекать и те металлы, содержание которых в руде мало, но их попутное извлечение экономически целесообразно. 

По содержанию металла руды бывают богатые, бедные и забалансовые (очень бедные, непромышленные). Для разных руд эти 
понятия различны. При одинаковом содержании металла, например 
0,2...0,3 % молибденовую руду считают богатой, а цинковую и свинцовую - бедной. 

Различают также руды вкрапленные и сплошные. Во вкрапленных рудах зерна ценных минералов распределены в массе вмещающей породы. Сплошные руды (колчеданные) состоят на 
50...100 % из сульфидов, главным образом пирита (серного колчедана) и небольшого количества минералов вмещающей породы. 

По размеру вкрапленности зерен полезных минералов руды 
бывают крупновкрапленные (> 2 мм), мелковкрапленные (0,2...2 мм), 
тонковкрапленные 
(< 0,2 мм) 
и 
весьма 
тонковкрапленные 
(< 0,02 мм). Последние являются труднообогатимыми рудами. 

Месторождения промышленных руд по характеру происхождения бывают коренными и россыпными. Коренные месторождения 
залегают в месте первоначального образования. Ценные минералы и 
минералы вмещающей породы в этих рудах находятся в тесной ассоциации между собой. 

Россыпями называют вторичные месторождения, образовавшиеся в результате разрушения первичных коренных месторождений 
и вторичного отложения материала из первичных руд. В россыпных 
месторождениях присутствуют несульфидные труднорастворимые 
минералы в виде зерен округлой формы (окатанных). Сростки отсутствуют, что облегчает и удешевляет процесс обогащения россыпей [1]. 

В земной коре содержится около 4 тысяч различных минералов, которые представляют собой более или менее устойчивые природные химические соединения. Одни из них, такие как кварц, полевые шпаты, алюмосиликаты, пирит составляют основную массу земной коры, другие, например, минералы Си, РЬ, Zn, Mo, Be, Sn находятся в больших количествах только в определенных участках - рудных телах, третьи, такие как германит (минерал германия), гринокит 
(минерал кадмия) встречаются еще реже, сопутствуя различным минералам в рудах. 

8 

Минералы, содержащиеся в рудах цветных и редких металлов, подразделяют на сульфидные и несульфидные. Последние, в 
свою очередь, делятся на оксиды, силикаты, алюмосиликаты, фосфаты, карбонаты и др. 

К сульфидным относятся минералы, представляющие собой 
соединения металлов с серой. Например, халькопирит CuFeSz является основным минералом меди, сфалерит ZnS - цинка, молибденит 
M0S2 - молибдена. 

К оксидам относится значительная часть цветных и редкометальных минералов, например, куприт СпгО, ильменит РеТЮз, рутил 
ТЮг, касситерит SnOz. 

Силикаты представляют собой самую большую группу минералов, залегающих в земной коре. В верхней мантии земли они составляют до 92 %. К силикатам относится основная масса минералов 
вмещающей (пустой) породы (непригодной для промышленного потребления), а также минералы лития, бериллия, циркона и др. Среди 
силикатов наиболее распространен кварц SiOz; его можно извлекать 
в самостоятельный продукт и использовать в производстве стекла, 
хрусталя, в строительной промышленности. 

К алюмосиликатам относятся сподумен LiAlSizOg и берилл 
BesAbSifiOiB, являющиеся основными минералами в производстве 
лития и бериллия, а также шпаты, - альбит NaAlSijOg и микроклин 
KAlSisOg, - основные минералы вмещающей породы (в среднем 60 %). 

К карбонатам относятся минералы, содержащие углекислоту: 
кальцит СаСОз (минерал вмещающей породы), церуссит РЬСОз. 

1.2. Мировые ресурсы и запасы 
основных руд цветных и редких 

металлов 

Алюминий 

Ресурсы алюминиевого сырья (бокситов и нефелиновых сиенитов) известны в 95 странах. Основным видом минерального сырья, 
который может полностью обеспечить алюминиевую промышленность мира, являются бокситы. Мировые ресурсы их на начало 
1996 г. оценивались от 55 до 98 млрд т. 

9 

Общие запасы бокситов характеризуются крайне неравномерным региональным распределением. Около 72 % их концентрируется в гигантских, 23 % - в крупных и 5 % - в средних и мелких 
бокситоносных провинциях планеты. По количеству общих запасов 
бокситов первое место занимает Африка, далее следуют Азия, Австралия с Океанией и Европа. Уникальными общими запасами обладает Гвинея, очень крупными - Австралия, Бразилия и Индия, достаточно крупными - Вьетнам [2]. 

В России ощущается острый дефицит алюминиевого сырья, 
что связано с отсутствием крупных месторождений высококачественных бокситов. 

Содержание глинозема в бокситах колеблется в широких 
пределах. Наиболее высокоглиноземистыми бокситами обладают 
Италия (64 % АЬОз) и Китай (61 % АЬОз). Самые низкоглиноземистые добываемые и перерабатываемые бокситы - это бокситы Украины (38 % АЬОз) и Новой Зеландии (37 % АЬОз). 

Нефелиновые сиениты в промышленных объемах используются 
только в России. Общие запасы нефелиновых руд на начало 1995 г. в 
России составляли 6,75 млрд т, подтвержденные - 5,42 млрд т. 

За последние годы в мире стабильно увеличивается производство алюминия из вторичного сырья (алюминиевых шлаков, лома, стружки, старого проката, бытовых отходов), требующего значительно меньших (на порядок) по сравнению с первичным алюминиевым сырьем расходов электроэнергии. 

Наиболее крупные месторождения бокситов в России находятся на Урале (СУБР - Североурапьский бокситовый рудник), а Архангельской области - Североонежское месторождение. 

В перспективе - разработка бокситов Среднего Тимана и 
Белгородского месторождения. 

Медь 

Основная часть ресурсов меди (65 %) сконцентрирована в 
Северной и Южной Америке, в Европе находится 15 % ресурсов, в 
Азии - 11 %, в Африке - 4,5 %, в Австралии и Океании - 4,5 %. 

Общие запасы меди, учтенные в 92 странах мира, на начало 
1996 г. оцениваются в 900094 тыс. т, в том числе подтвержденные 601504 тыс. т (68,8 % общих). Наиболее крупными подтвержденными 
запасами меди среди зарубежных стран располагают Чили - 19,9 % ми
10 

ровых запасов, а также США - 12,7 . Кроме них большими запасами 
меди обладает Польша, Индонезия, Иран, Казахстан, Китай, Узбекистан, Филиппины, Заир, Замбия, Бразилия, Канада, Мексика, Панама, 
Перу и Австралия, подтвержденные запасы меди каждой из этих стран 
составляют 10 млн т. В сумме эта группа стран располагает 82,1 % общих и 83,1 % подтвержденных запасов меди в мире [3]. 

Основным источником получения меди в России являются 
Учалинское, Сибайское, Гайское, Норильское, Талнахское и др. месторождения, в Казахстане - Джезказганское, Коунрадское, Саякское, в Узбекистане - Кальмакырское, в Армении - Кафанское, Каджаранское месторождения. 

Содержание меди в рудах колеблется в среднем от 0,3 до 1 %. 
В перспективе - разработка Удоканского месторождения 
медных руд в Читинской области, за счет которого будет основной 
прирост меди в России: запасы меди в нем оцениваются в 18 млн т. 

В 1998 г. было произведено 12200000 т меди, в том числе в 
России - 515000 т, США - 1860000 т, Чили - 3690000 т, Казахстане 337400 т, Индонезии - 780000 т, Канаде - 700000 т. 

В 2000 г. в мире было произведено около 15 млн т меди. 

Никель 

Мировые прогнозные запасы никеля в недрах оцениваются в 
200 млн т. Кроме того, имеются ресурсы в техногенном сырье, сформировавшиеся в результате столетней деятельности предприятий никелевой промышленности. 

Запасы никеля по странам распределены неравномерно. Уникальными 
общими 
запасами 
этого 
металла, 
превышающими 
20 млн т, обладают Новая Каледония и Куба; очень крупные запасы 
(> 10 млн т) имеют Индонезия и Канада. Па долю этих четырех стран 
приходится больше половины (51,52 %) мировых запасов никеля. 

Россия занимает ведущее место в мире по запасам никеля. 
Более 99 % разведанных и эксплуатируемых мировых запасов никелевых руд представлены месторождениями двух геологопромышленных типов: сульфидного медно-никелевого и силикатного железо-кобальто-никелевого. 

Месторождения первого типа выявлены в России, Австралии, 
Канаде, Китае, ЮАР. Силикатные никелевые месторождения, выявленные в России, на Кубе, Филиппинах, в Повой Каледонии, Индии, 
Бразилии и Индонезии, большей частью доступны для открытой раз
11 

работки. Содержание никеля в них ниже, чем в сульфидных рудах, и 
обычно составляет 0,2...2 %. 

Добыча никелевых руд в мире осуществляется в 22 странах. 
Первое место в мире по добыче никелевых руд занимает Россия (в 
1997 г. объем добычи составил 21,9% от мировой добычи), далее 
следуют Канада (18,6 %), Австралия (12,1 %), Новая Каледония 
(11,2 %) и Индонезия (7,3 %). В 1997 г. в этих пяти странах было добыто 728,3 тыс. т (71,2 % мировой добычи) никеля в рудах [3]. 

В России более 70 % никеля получают при добыче и переработке сульфидных медно-никелевых руд в Красноярском крае и на Кольском полуострове. Предприятия, добывающие и перерабатывающие 
сульфидные медно-никелевые руды, объединены в концерн РАО "Норильская Горная компания". В его состав входят Норильский горнометаллургический (ГМК) комбинат (Красноярский край), производственное объединение (ПО) "Никель", комбинат "Печенганикель" (Мурманская область) и Красноярский завод цветных металлов. 

Окисленные никелевые руды в России добывают и перерабатывают в Уральском регионе на комбинате "Южуралникель", ПО 
"Уфапейникель" и Ряжском никелевом заводе. 

Самый крупный в мире центр никелевой промышленности 
располагается в Канаде, в провинции Онтарио. Здесь действуют 19 
рудников компании «Falconbridge», добывающие сульфидные руды 
группы месторождений Садбери. 

Россия занимает первое место в мире по производству никеля. В 1997 г. в России было произведено 234,2 тыс. т никеля, что составило 23 % мирового производства. Россия, Канада, Япония, Австралия и Норвегия выпустили в 1997 г. 630,6 тыс. т никеля, что составило 62 % мирового производства. 

В 1999 г. никеля было произведено в мире 1120000 т, в том числе в России - 20 тыс. т, Канаде - 190 тыс. т, Австралии - 126 тыс. т. Новой Каледонии - 110 тыс. т, Индонезии - 90 тыс. т [3]. 

Цинк 

Мировые ресурсы цинка, по данным Горного бюро США, к 
началу 1996 г. оценивались в 1,8 млрд т. Они сосредоточены преимущественно в Канаде, США, России, Перу, Казахстане, Китае, Индии, Испании, Польше, Иране, ЮАР, Мексике, Марокко. 

12