Популярно-научная статья по основам обогащения руд: логика расчета выхода концентрата из 800 т сырой руды — новичкам будет понятно с первого раза 

I. Основные термины (сначала нужно понять их значение, они используются на протяжении всего процесса)
Сырая руда: камень, добытый непосредственно из рудника, представляющий собой смесь полезных минералов и пустой породы (холмика), с самым низким содержанием полезного вещества;
Полезные минералы: частицы в руде, из которых можно извлечь металлы или неметаллы (например: касситер, титанит, черный вольфрам, рутин, магнетит);
Хитовая порода (пустая порода): кварц, полевой шпат, слюда, глина, не имеющие ценности для извлечения, в конечном итоге попадают в хвостохранилище;
Концентрат: высокосортная руда, обогащенная полезными минералами после сортировки, служит сырьем для плавки;
Промежуточный концентрат: промежуточный продукт сортировки, содержание полезных минералов которого находится между концентратом и хвостами, не может использоваться напрямую в качестве готовой продукции, возвращается на начальный этап для повторной сортировки;
Хвосты: отходы, практически не имеющие ценности для извлечения после сортировки, складируются в хвостохранилищах;
Содержание: ключевой параметр, выражающий долю полезных металлов/минералов в массе руды в процентах; чем ниже содержание в сырой руде, тем меньше объем производства концентрата;
Коэффициент извлечения: ключевой показатель сортировки, отражающий, какой процент от общего количества полезных минералов в сырой руде попадает в концентрат (в отрасли обычно составляет 60–88 %).

II. Подробное описание всех этапов технологического процесса (продукция + оборудование + параметры + меры предосторожности)
Этап 1: Добыча на руднике (только предварительная обработка, без сортировки)
Продукция
Крупные куски сырой руды, пустая порода (во время добычи крупные куски пустой породы отбираются и сразу выбрасываются, что снижает нагрузку на последующие этапы переработки)
Сопутствующее оборудование
Экскаваторы, взрывные буровые установки, самосвалы, вибрационные питатели
Ключевые параметры и меры предосторожности
Контроль размера кусков: максимальный диаметр кусков руды после взрыва ≤ 500 мм, в противном случае может произойти забивание дробилки;
Предварительное отсеивание пустой породы: крупные куски пустой породы, различимые невооруженным глазом, сразу отгружаются на самосвалах, что снижает энергопотребление при последующем дроблении;
Контроль глинистых комков: руду с высоким содержанием глины заранее опрыскивают водой и промывают, чтобы избежать забивания сортировочного оборудования.
Этап 2: Дробление + измельчение (разделение полезных и пустых пород, обязательный этап перед гравитационной сепарацией)
Основная цель: измельчить руду, чтобы отделить полезные минералы от пустой породы (разделение полезных и пустых пород); без разделения сортировка невозможна.
Делится на два этапа: грубое дробление → мелкое дробление → измельчение
1) Продукция этапа дробления
После дробления получается руда с однородной фракцией; готовой продукции нет, это лишь предварительная обработка; крупные куски, отсеянные на грохоте, возвращаются на повторное дробление, мелкий материал поступает на измельчение.
Оборудование для дробления
Грубое дробление: щековая дробилка (первая ступень дробления крупных камней)
Мелкое дробление: конусная дробилка / ударная дробилка
Вспомогательное оборудование: круглый вибрационный грохот, ленточный конвейер
2) Этап измельчения (необходимый предварительный этап перед гравитационной сепарацией)
Продукт: рудная суспензия (смесь частиц руды и воды; в процессе гравитационной сепарации вода выступает в качестве сепарационной среды)
Оборудование для измельчения
Шаровые мельницы, стержневые мельницы, классификаторы (спиральные классификаторы / гидроциклоны)
Ключевые параметры данного этапа (определяющие успех или неудачу гравитационной сепарации)
Степень измельчения: самое важное! Гравитационная сепарация основана на разнице плотностей минералов; при слишком грубом измельчении минералы не разделяются, при слишком тонком измельчении происходит превращение руды в шлам и ее утечка;
Пример: стандартная степень измельчения при гравитационной сепарации вольфрама и олова — -0,074 мм (60–75 %); при гравитационной сепарации титаножелезита — преимущественно -0,043 мм;
Концентрация рудной суспензии: концентрация на выходе из мельницы 65–75 %, после классификации снижается до 30–40 % для подачи на гравитационную сепарацию;
Степень отрыва: целевой показатель ≥85%; при значении ниже 75% извлечение значительно снижается;
Важные моменты
Чрезмерное измельчение приводит к образованию большого количества мелкого шлама, в результате чего полезные минералы уносятся с хвостами, а извлечение снижается;
Оборудование для классификации необходимо регулярно очищать; засорение приводит к смешиванию крупной и мелкой фракций и нарушению эффективности сортировки;
Соотношение стальных шаров следует периодически корректировать для обеспечения стабильности размера частиц после измельчения.

Этап 3: Гравитационная сортировка (вас в первую очередь интересует: разделение на концентрат, промежуточный продукт и хвосты)
Принцип
Разные минералы имеют разную плотность; при введении воды и встряхивании / осаждении тяжелые частицы опускаются на дно (полезные минералы), а легкие пустая порода всплывает и смывается.
Продукты каждого этапа (прямой ответ на ваш вопрос: что получается)
Гравитационный концентрат: минералы с высокой плотностью, высокое содержание полезного компонента, направляется непосредственно на обезвоживание и переработку;
промежуточный концентрат: минералы средней плотности, полезные минералы, смешанные с пустой породой; весь концентрат возвращается в шаровую мельницу для повторного измельчения и переработки, его нельзя выбрасывать;
хвосты: легкая пустая порода, практически не имеющая ценности для извлечения, перекачивается в хвостохранилище для складирования;
Типовое комплексное оборудование для гравитационной обогатительной технологии (для обычных горнодобывающих предприятий)
класс-шлюп, вибрационная мельница, спиральный желоб, центробежный сепаратор, гидроклассификатор, вакуумный ленточный фильтр (для обезвоживания концентрата)
Основные контрольные параметры гравитационной сортировки
Концентрация рудной суспензии: оптимальная концентрация для сортировки составляет 15–30%; при слишком высокой концентрации ухудшается стратификация, при слишком низкой — происходит разбавление и потери;
Дебит подачи руды: подача должна быть стабильной; резкие колебания дебита напрямую приводят к колебаниям содержания в концентрате;
Напор воды / частота колебаний: давление воды в отмывочной машине, ход и частота колебаний на вибрационной меше, регулируются в зависимости от плотности минералов;
Температура сортировки: достаточно комнатной температуры, гравитационная сортировка не зависит от температуры (в отличие от флотации);
Критические моменты на этапах процесса
Наибольшую опасность представляет мелкий шлам: при измельчении образуется ультрамелкий шлам, который обволакивает полезные частицы, снижая эффективность сортировки; необходимо предварительное обесшламивание;
Фракция подаваемого сырья не должна колебаться: смешивание крупного и мелкого сырья препятствует расслоению;
Трубопроводы для концентрата, промежуточного продукта и хвостов должны быть строго разделены, чтобы исключить их смешивание; в случае смешивания содержание концентрата становится непригодным для использования.
Этап 4: Обезвоживание концентрата (обработка полупродукта после сортировки)
Концентрат, полученный в результате гравитационной сортировки, представляет собой водную суспензию, которую нельзя напрямую отправлять на плавку; его необходимо обезвоживать.
Продукция
Сухой концентрат (конечный продукт обогащения, отправляемый на металлургический завод);
Вода, возвращаемая в систему: чистая вода возвращается в системы дробления, измельчения и гравитационной сортировки (экономия воды);
Оборудование
Вакуумный ленточный фильтр, фильтр-пресс, сгустительные бассейны, отстойники
Параметры
Содержание влаги в концентрате после фильтрации должно составлять 8–12%; слишком высокое содержание влаги приводит к увеличению затрат на топливо при плавке;
Этап 5: Плавка (конечная глубокая переработка концентрата с получением металлической продукции)
Сырье: сухой концентрат, полученный в результате гравитационной сепарации
Конечная продукция (примеры по видам руд)
Концентрат черного вольфрама → плавка → вольфрамовые стержни, вольфрамовый порошок, твердые сплавы;
Концентрат касситера → грубое олово → электролитное чистое олово;
Концентрат титанового руда / руды рутила → титановый шлак, губчатый титан, титановый диоксид;
Концентрат магнетита → добыча железа, чугун, сталь;
Вспомогательное оборудование для плавки
Вращающаяся печь, электропечь, электролизер, восстановительная печь, плавильная печь
Ключевые параметры
Температура плавки, соотношение восстановителей, содержание примесей (чем ниже содержание примесей в обогащенном концентрате, тем ниже затраты на плавку)
Значение обогащения для плавки:
Обогащение позволяет заранее отсеять более 90 % пустой породы, что значительно снижает расход топлива и нагрузку на оборудование при плавке; прямая плавка сырой руды совершенно нерентабельна.

III. Полный расчет производственной мощности в 800 тонн сырой руды (стандартный отраслевой расчет, на примере руд обычных металлов)
Сначала определим две основные формулы расчета
Объем производства концентрата (т) = объем сырой руды × содержание полезного компонента в сырой руде × коэффициент извлечения при сортировке ÷ содержание полезного компонента в концентрате
Объем производства хвостов ≈ сырая руда – концентрат – промежуточный продукт (промежуточный продукт возвращается в цикл, конечный шлак не учитывается)
Возьмём стандартные средние отраслевые значения (общие стандарты для гравитационной обогатительной технологии вольфрама / олова / титана)
Среднее содержание полезных минералов в сырой руде: 0,8 % (1 т сырой руды содержит 0,008 т полезных минералов)
Общий коэффициент извлечения при сортировке: 78 % (нормальный диапазон для гравитационной обогатительной технологии — 70–85 %)
Содержание полезных минералов в концентрате: 55 % (высокое содержание после обогащения концентрата методом гравитационной обогатительной технологии)
Расчет при объёме добычи 800 т сырой руды
Общее количество полезных минералов в 800 т сырой руды: 800 × 0,8 % = 6,4 т
Полезные минералы, поступающие в концентрат (извлечение 78 %): 6,4 × 0,78 = 4,992 т
Выход конечного сухого концентрата: 4,992 ÷ 55 % ≈ 9,08 т
Общий объем образования хвостов: 800 – 9,08 = 790,92 т
Простое резюме результатов для 800 т сырой руды
Из 800 т сырой руды в день после полного цикла гравитационной обогатительной обработки получается только около 9 т кондиционного концентрата, а почти 791 т приходится на хвосты; в процессе образуется небольшое количество промежуточного концентрата, который повторно перерабатывается, но дополнительной продукции не получается.
Влияние переменных (Колебания производительности)
Чем выше содержание руды, тем больше концентрата: при содержании руды 1,2 % из 800 т руды можно получить около 13,6 т концентрата;
Чем ниже коэффициент извлечения, тем меньше концентрата: при коэффициенте извлечения 65 % получается всего 7,5 т концентрата;
Если руда содержит большое количество глины и слипшихся минералов, а разрыв плотностей плох, выход концентрата ещё больше снижается.

IV. Сводка ключевых моментов на всех этапах технологического процесса
1. Добыча и дробление
Строго контролировать размер кусков поступающего сырья, чтобы предотвратить перегрузку и остановку дробилки;
Заранее отбирать крупные куски пустой породы, чтобы снизить расходы на электроэнергию при последующем измельчении;
В дождливую погоду при добыче глинистой руды добавлять этап промывки руды, чтобы избежать забивания сит.
2. Измельчение и классификация (самое важное)
Обеспечить стабильную степень измельчения, ежедневно отбирать пробы для анализа, поскольку колебания степени измельчения напрямую влияют на коэффициент извлечения;
Исключить избыточное измельчение до образования мелкого шлама, так как мелкий шлам уносит значительное количество ценных металлов;
Поддерживать стабильное давление в гидроциклонах, чтобы не допускать смешивания грубого и мелкого материала при классификации.
3. Гравитационная сепарация (определяет объем и качество концентрата)
Обеспечить стабильность расхода и концентрации подаваемого сырья в течение 24 часов, избегая резких колебаний;
Регулярно очищать оборудование от отложившегося песка, предотвращая засоры;
Строго разделять концентрат, промежуточный продукт и хвосты, исключая смешивание;
При высоком содержании шлама в сырой руде необходимо установить шламоотделитель для предварительного отделения мелкого шлама.
4. Обезвоживание концентрата
Контролировать влажность фильтрационного кека на уровне ≤12%; превышение этого показателя приводит к снижению цены со стороны металлургического завода;
Полностью утилизировать циркулирующую воду, чтобы снизить затраты на производственное водопользование;
Предотвращать утечки и потери концентрата, приводящие к потерям металла.
5. Ключевые моменты экологической безопасности при обращении с хвостами
Хвосты должны транспортироваться на соответствующие требованиям хвостохранилища, произвольный сброс запрещен;
Обеспечить замкнутый цикл рециркуляции воды из хвостохранилищ, чтобы сократить сброс сточных вод;
Обеспечить герметичность хвостохранилищ, чтобы предотвратить загрязнение почвы и воды тяжелыми металлами.