Przeprowadzenie mechanicznego rozdiału mieszaniny minerałów występujących w rudzie możliwe jest po uprzednim rozłamaniu zrostó

PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)

1.  Cele  i  zadania  przeróbkiPrzeróbka  mechaniczna  jest  to  zespół  czynności  (operacji)  mechanicznych  i
technologicznych, którym poddaje się surową kopalinę użyteczną w celu uzyskania jej przydatności przemysłowej,
przez  usunięcie  z  jej  składu  zanieczyszczeń  skałą  płonną,  zwiększenie  koncentracji  składnika  użytecznego  oraz
przygotowanie  tej  kopaliny  do  określonych  procesów  technologicznych  przetwarzania  jej  na  produkty
końcowe.Ostateczna  forma  kopaliny  użytecznej,  przygotowanej  przez  przeróbkę  mechaniczną,  jest  ustalana
warunkami technologicznymi dalszego jej przetwarzania lub bezpośredniego użytkowania.

Operacje przeróbczeOperacje technologiczne przeróbcze są to czynności wykonywane w odpowiednio dobranej
kolejności,  na  materiale  surowym  (surowej  kopalinie  użytecznej)  oraz  na  otrzymanych  produktach  wzbogacania
(produktach procesu przeróbczego), które mają na celu wyodrębnienie z materiału surowego maksymalnej ilości
składnika  użytecznego.Operacje  przeróbcze  dzieli  się,  ze  względu  na  ich  charakter,  na:-        operacje
przygotowawcze;-       operacje główne (zasadnicze):-      klasyfikacja – klas. mechaniczna (przesiewanie), klas.
hydrauliczna, klas. aerodynamiczna,-       rozdrabnianie,-      wzbogacanie – wzb. - ręczne, grawitacyjne, flotację,
elektromagnetyczne i magnetyczne, elektrostatyczne, chemiczne, biologiczne i inne,-      odwadnianie,-
      odpylanie,-      odmulanie,-      rozmywanie,-      suszenie,-      brykietowanie,-      grudkowanie (peletyzacja),-
      mieszanie,-      uśrednianie.

Opis wyników procesów

Wychód koncentratu:

[

]

[

]

BCJIH G

A BCD





Zawartość składnika

użytecznego w
koncentracie:





BCJIHG

GBFH

]

[

]

[

Zawartość składnika

użytecznego w
nadawie:





ABCD

ABFE

]

[

]

[

Wychód odpadów:

ABCD

AGHIJD







]

[

]

[

Zawartość składnika

użytecznego w
odpadach:





AGHIJD

AGHE

]

[

]

[

KŁADNIK UŻYTECZNY

KAŁA PŁONA

KONCENTRAT

ODPADY

PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)

Idea przebiegu procesów przeróbki

SUROWA KOPALINA (urobek górniczy) nadawa

do zakładu przeróbczego

OPERACJE PRZEGOTOWANIA KOPALINY DO

WZBOGACANIA:

KRUSZENIE, PRZESIEWANIE, KLASYFIKACJA

ŁA

OPERACJA WZBOGACANIA

OPERACJE ODWADNIANIA

(w przypadku prowadzenia procesów

przeróbczych na mokro)

Odbiorca – huta, elektrownia itp.

ODPAD

składowisko,

zakład utylizacji

itp.

KONCENTRAT

Idea przebiegu procesów przeróbki

SUROWA KOPALINA (urobek górniczy) nadawa

do zakładu przeróbczego

OPERACJE PRZEGOTOWANIA KOPALINY DO

WZBOGACANIA:

KRUSZENIE, PRZESIEWANIE, KLASYFIKACJA

ŁA

OPERACJA WZBOGACANIA

OPERACJE ODWADNIANIA

(w przypadku prowadzenia procesów

przeróbczych na mokro)

Odbiorca – huta, elektrownia itp.

ODPAD

składowisko,

zakład utylizacji

itp.

KONCENTRAT

ROZDRABNIANIE
Cele rozdrabniania:
1.

Zmniejszenia wymiarów ziarn

Zwiększenie powierzchni swobodnych

Oddzielenie minerałów od siebie (rozdrabnianie selektywne)

Procesy rozdrabniania dzielimy na:
1. Kruszenie

– produkt większy od 1 mm

2.      Mielenie
Przeprowadzenie  mechanicznego  rozdziału  mieszaniny  minerałów  występujących  w  rudzie  możliwe  jest  po  uprzednim
rozłamaniu  zrostów  minerałów  kruszcowych  z  minerałami  płonnymi.  Rozłam  dokonywany  jest  w  operacjach  kruszenia  i
mielenia.  Jak  daleko  ma  być  prowadzony  proces  rozdrabniania  decyduje  wymiar  minerałów  kruszcowych  występujących  w
rudzie a także przewidywana bądź stosowana technologia wzbogacania. Optymalne mielenie polega na zerwaniu więzi między
przylegającymi  do  siebie  minerałami  kruszcowymi  i  płonnymi  i  otrzymaniu  możliwie  największej  ilości  okruchów
monomineralnych.

Wskaźniki technologiczne oceny wyników rozdrabniania dzielimy:



wskaźniki określające zmianę własności nadawy w

trakcie rozdrabniania,



wskaźniki oceny produktu rozdrobnionego



wskaźniki charakteryzujące proces – wydajność,

zużycie energii.Stopień rozdrabniania (wskaźnik określający zmianę własności nadawy):

nia

r oz dr abnia

pr oduktu

nadawy



PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)



Podstawowe działania kruszące: zgniatanie,

łamanie, ścieranie, łupanie, ścinanie, udar

Teorie rozdrabniania

– są to hipotezy podające relacje pomiędzy pracą rozdrabniania a zmianą stanu materiału

sypkiego (zmiana uziarnienia lub powierzchni właściwej)
Teoria Rittingera (teoria powierzchniowa)

– cała energia w procesie rozdrabniania zużywana jest na pokonanie sił

spójności międzycząsteczkowej. Przy założeniu izotropowości materiału rozdrabnianego praca rozdrabniania jest
proporcjonalna do nowo utworzonej powierzchni.

– praca wykonana przy wytworzeniu powierzchni S

– praca jednostkowa

Teoria Kicka

(teoria objętościowa) – cała energia w procesie rozdrabniania zużywana jest na wytworzenie

odkształcenia, przy którym nastąpi przekroczenie naprężenia krytycznego. Zakłada się że naprężenie wzrasta
liniowo z odkształceniem aż do naprężenia krytycznego. Z założeń tych wynika że praca rozdrabniania jest
proporcjonalna do objętości rozdrabnianego materiału.

– praca rozdrabnianias

– naprężenie krytyczneE – moduł YoungaV – objętość

rozdrabnianego materiału
Teoria Bonda

– powstała w wyniku badań nad teorią powierzchniową i objętościową. Teoria ta przyjmuje, że

proces rozdrabnia

nia składa się z dwu faz: w pierwszej wywołuje się odkształcenie, doprowadzające do powstania

naprężenia krytycznego i następnie w drugiej odpowiedni dodatek energii powoduje zniszczenie sił spójności
międzycząsteczkowej.
Wyjaśnia to słuszność teorii Rittingera dla rozdrabniania drobnego (mały udział energii zużytej na deformację w
porównaniu z energią zużytą na pokonanie sił spójności) oraz Kicka dla rozdrabniania grubego (konieczność
wytwarzania dużych odkształceń przy stosunkowo niewielkiej nowo utworzonej powierzchni)Wzór na pracę w teorii

Bonda:

– praca rozdrabnianiaA

– praca jednostkowa

–

ziarna 80-cio procentowa produktu i nadawy

Krzywe składu ziarnowego są opisem graficznym zawartości poszczególnych klas ziarnowych. Krzywe składu ziarnowego
informują nas więc o uziarnieniu danego materiału i umożliwiają analizę i ocenę przebiegu procesów przeróbczych -
rozdrabniania i przesiewania po wykreśleniu krzywych składu dla nadawy oraz produktów tych procesów.

PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)

Krzywa całkowa składu ziarnowego:

 

 









;

 

 



 



 























;

Całkowa postać:

 







 







Analiza sitowa:
Jednym ze sposobów określenia uziarnienia materiału i wyznaczenia krzywych składu ziarnowego jest wykonanie analizy
sitowej. Wykonuje się ją na sucho (materiał grubiej uziarniony) bądź mokro (materiał drobny poniżej 0,045 mm). Analizę sitową
wykonuje się na odpowiednio dobranym zestawie sit dzięki którym określa się wychody masowe a następnie procentowe dla
poszczególnych klas ziarnowych.



1+2



2+n



n+max



0+1



1+2



2+n



n+max



0+1

PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)

PRZESIEWANIE

Stosowane

urządzenia

klasyfikujące

zależności

uziarnienia

nadawy

RUSZTA

KLASYFIKATOR

ZWOJOWY

PRZESIEWACZE

HYDROCYKLON

RUSZTA

KLASYFIKATOR

ZWOJOWY

PRZESIEWACZE

HYDROCYKLON

Proces przesiewania (klasyfikacji mechanicznej) polega na rozdziale mieszaniny ziarn ze względu na ich wielkości przy pomocy
urządzeń zwanych przesiewaczami. Przesiewacze mogą być wyposażone w jedno lub więcej sit, w przypadku jednego pokładu
uzyskujemy dwie klasy ziarnowe

– produkty. Produkt górny jest to produkt pozostały na sicie zaś materiał o wymiarach

mniejszych od oczek sita który przez nie przeszedł produktem dolnym

NADAWA

PRODUKT

GÓRNY

PRODUKT

DOLNY

Przesiewanie jest procesem rozdziału ziarn według ich wielkości. Proces ten odbywa się na przesiewaczach.
Skuteczność przesiewania zależy od:
– czynników związanych z konstrukcją i elementami przesiewacza
(kształt i układ otworów sita, materiał z którego wykonane jest

sito, współczynnika prześwitu sita, wskaźnika podrzutu,

wymiarów pokładu sitowego – obciążenie sita, rodzaju ruchu pokładu sitowego)
– czynników związanych z materiałem przesiewanym
(wilgotności, kształtu ziarn, udziału ziarn trudnych)

Przesiewacze podział:
– przesiewacze rusztowe
– przesiewacze rusztowe wałkowe
– przesiewacze kaskadowe
– przesiewacze wahadłowe
– z napędem sztywnym (mimośrodowe)
– z napędem sprężystym (rezonansowe)
– z napędem bezwładnościowym (rezonansowe i bezwładnościowe)

PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)

PRZESIEWANIE - RUCH ZIARNA PO SICIE





P''

G''



Założenia:



ziarno kuliste o masie m i ciężarze G = m·g,



powierzchnia sita nachylona do poziomu pod kątem





tory ruchu punktów leżą w płaszczyźnie spadku kąta



prostop

adłej do powierzchni sita i nachylone są do powierzchni

pod kątem







Aby ziarno zostało oderwane od powierzchni sita składowa normalna siły bezwładności musi być większa od składowej
normalnej siły ciężkości:

' G



czyli





cos

sin



Skąd





cos

sin





lub

cos

sin









Maksymalna wartość P’ ma miejsce dla maksymalnej wartości a czyli a = S



co daje nam wskaźnik podrzutu u

cos

sin













Zakładając skok ziarna na jeden cykl ruchu przesiewacza powinniśmy utrzymywać:



Przebieg lotu ziarna w zależności od wartości wskaźnika podrzutu

Klasyfikacja hydrauliczna

PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)

Siła ciężkości:







]

Siła wyporu:







]

Ciężar pozorny ziarna:

















]

Siła oporu dynamicznego:









]

gdzie:
V

–

objętość ziarna [m



–

gęstość ziarna [kg/m



–

gęstość ośrodka [kg/m

–

przyspieszenie ziemskie [m/s

–

prędkość opadania ziarna [m/s],

–

średnica ziarna o kształcie kuli [m],



–

współczynnik oporu zależny od charakteru ruchu ziarna względem cieczy tj. od charakteryzującej dany ruch liczby
Reynoldsa

Liczba

Reynoldsa wyraża stosunek siły bezwładności do siły tarcia określony wzorem:









gdzie



współczynnik lepkości dynamicznej [N



s/m

]

Końcowa prędkość opadania v w danym ośrodku

PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)

Stan równowagi, przy którym przyspieszenie ziarna jest równe zeru:









Re < 1 dla ziarn kulistych 0,5



100









Stokes ruch laminarny:

546











1 < Re < 1000 dla ziarn kulistych 100



1000









Allen zakres przejściowy:





132















< Re < 10

dla ziarn kulistych > 1 mm





Rittinger ruch burzliwy:























W warunkach procesów technologicznych rozdzielczych, jakim jest klasyfikacja, otrzymuje się z materiału nadawy co

najmniej dwa p

rodukty, których właściwości są wzajemnie zróżnicowane. W procesie tym zakładamy uzyskanie określonych

produktów o założonych właściwościach, w tym przypadku o określonych klasach ziarnowych.

Jednymi z podstawowych wskaźników oceny sprawności przesiewania (klasyfikacji) są:





gdzie:



– wychód produktu dolnego, %

– zawartość frakcji drobnej (d - ziarno podziałowe lub wymiar oczka sita) w nadawie, %

– zawartość frakcji drobnej w produkcie dolnym, %

oraz skuteczność ogólna ws. Hancocka

































100

10000

gdzie:
a

– zawartość frakcji drobnej (d - ziarno podziałowe lub wymiar oczka sita) w nadawie, %

– zawartość frakcji drobnej w produkcie górnym, %

– zawartość frakcji drobnej w produkcie dolnym, %

Aktualnie rozp

owszechniły się statystyczne oceny skuteczności, które biorą pod uwagę założenie, że zarówno

właściwości materiałów naturalnych jak i przebiegów procesów technologicznych ich przetwarzania mają charakter zmiennych
losowych, które dają się opisać przy pomocy funkcji. Analiza tych funkcji pozwala na ocenę procesów technologicznych i
umożliwia ich optymalizowanie.

Podstawowymi wskaźnikami statystycznej oceny skuteczności rozdziału w przeróbce surowców mineralnych są:



przeciętny rozkład gęstości,



rozproszenie prawdopodobne,

PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)



imperfekcja.

Przeciętny rozkład gęstości x

jest to wartość odciętej punktu krzywej o rzędnej ½ (50%).

Rozproszenie (odchylenie) prawdopodobne (odchylenie ćwiartkowe) E

rozkładu prawdopodobieństwa określa się jako

½ różnicy wartości odciętych punktów krzywej, których rzędne wynoszą odpowiednio ¾ (75%) i ¼ (25%) w przypadku krzywej
rosnącej. W przypadku krzywej malejącej człony różnicy ulegają wzajemnemu przestawieniu.

Imperfekcję określamy jako iloraz odchylenia prawdopodobnego E

i prze

ciętnego rozkładu gęstości X

. Imperfekcja

może służyć jako wskaźnik dokładności rozdziału można jej użyć do porównania urządzeń wzbogacających i klasyfikujących.

Krzywe rozdziału



t (d) = p(d)



(d) = 1

– p(d)(d –



; d +



)



[dmin; dmax]suma prawdopodobieństw produktu dolnego (przelewu) – p

oraz

górnego (wylewu) – p

+ p

= 1

 





















lim

 





















lim

Prawdopodobieństwo przejścia ziarna badanej frakcji:





















 









gdzie:q

– wychód masowy i tej klasy w produkcie dolnymq

– wychód masowy i tej klasy w nadawieg

– % wychód produktu

dolnegoa

– % zawartość i tej klasy w produkcie dolnyma

– % zawartość i tej klasy w nadawie

Krzywa rozdziału



(x) [%] -

wyznaczenie charakterystyk rozdziału

dchylenie prawdopodobne (odchylenie ćwiartkowe) rozkładu prawdopodobieństwa:



 























Imperfekcja:



PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)

Podział metod wzbogacania surowców mineralnych:

• wzbogacanie ręczne
• wzbogacanie grawitacyjne
• wzbogacanie fizyko-chemiczne - flotacja
• wzbogacanie magnetyczne
• wzbogacanie elektrostatyczne
• wzbogacanie chemiczne
• wzbogacanie biologiczne
• wzbogacanie optyczne
Sposób  występowania  kopaliny  w  złożu  ,  jej  skupienie,  cechy  petrograficzne,  cechy  fizyczne,  własności  magnetyczne  czy
elektryczne mają zasadniczy wpływ na rodzaj operacji przeróbczych, jakim należy poddać materiał surowy czy odpad w celu
uzyskania wysokowartościowego koncentratu.
Materiał  surowy  należy  zatem  przed  wzbogacaniem  poddać  bardzo  dokładnym  badaniom,  w  wyniku  których  opracowuje  się
dopiero właściwe metody wzbogacania.

Wzbogacanie jest to więc operacja przeróbcza polegająca na wydzieleniu z materiału surowego możliwie

czystych ziarn użytecznych, ewentualnie zrostów minerału i możliwie czystych ziarn odpadów.
Proces wzbogacania poprzedzony jest zazwyczaj procesami przygotowawczymi jak np.: rozdrabnianie, przesiewanie.
O

wyborze konkretnej metody decydują własności i podatności danego surowca mineralnego na wzbogacanie. Do wyznaczenia

podatności służą odpowiednie metody jedną z nich jest zespół krzywych wzbogacalności

Henry’ego

Ocena wzbogacalności surowców mineralnych

najomość wzbogacalności surowców mineralnych jest ważnym zagadnieniem praktycznym, gdyż stanowi

wzorzec możliwości wzbogacania, do którego, należy przybliżać się w warunkach przemysłowych. Ustalenie
wzbogacalności badanych materiałów pozwala określić maksymalne wzbogacenie jakie można osiągnąć w danych
warunkach przemysłowych z surowca aktualnie przerabianego, cechującego się daną podatnością na
wzbogacenie.

Brak jednoznacznej definicji czy kryteriów wzbogacalności materiałów, gdyż wyznacza się je zawsze

dla pewnych warunków. Zaproponowano kilka metod określania wzbogacalności, każda z nich opiera się jednak na
innych kryteriach i metodyce, co w konsekwencji dostarcza charakterystycznych tylko im wzbogacalności.
Jednoznacznie zdefiniowane są tylko stany i kryteria braku wzbogacania oraz idealnego wzbogacania

Zespół krzywych wzbogacalności (Henry’ego) – dla węgla

Rozdział densymetryczny węgla

Otrzymane w

wyniku rozdziału densymetrycznego, frakcje ciężarowe węgla surowego, po ich dokładnym opłukaniu w wodzie o temperaturze
około 60



C, osuszeniu w temperaturze pokojowej (około 25



C) w celu usunięcia wilgoci powierzchniowej, waży się i ustala

(oblicza się) procentowe ich wychody w stosunku do całości próby. Po ustaleniu wychodów kolejnych frakcji określa się w
każdej z nich zawartość popiołu przez spalenie próbki frakcji w piecu muflowym. Obliczone wychody kolejnych frakcji oraz
oznaczone w nich zawartości popiołu zestawia się w tabeli obliczeniowej.

frakcja





<1,300

61,64

3,70

1,300 - 1,500

24,66

8,00

1,500 - 1,800

6,04

27,10

>1,800

7,66

77,15

100,00

W przypadku węgla frakcje najlżejsze są zbiorem ziarn o najniższej zawartości popiołu (ciężar węgla 1,25g/cm

). Im cięższa

frakcja to wzrasta zawartość popiołu, ponieważ skała płonna towarzysząca ma ciężar 2,4 do 2,7 g/cm

. Po rozdzieleniu próby

na założone frakcje i wysuszeniu ważymy i określamy procentowe wychody w stosunku do całkowitej masy próbki. Po
określeniu wychodów przygotowujemy każdą do analizy na zawartość popiołu.

obliczenia

PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)

frakcja





suma





suma





suma



suma











<1,300

61,64

3,70

100,0

228,07

1180,00

1,85

11,80

0,00

100,00

1,300 - 1,500

24,66

8,00

61,64

38,4

197,28

228,07

951,93

3,70

24,82

67,30

80,67

1,500 - 1,800

6,04 27,10

86,30

13,7

163,68

425,35

754,65

4,93

55,08

93,02

63,95

>1,800

7,66 77,15

92,34

7,7

590,97

589,03

590,97

6,38

77,15

98,02

50,08

100,00

1180,00

11,80

80,18

100,00

0,00

zespół krzywych wzbogacalności węgla -

Henry’ego

średnia zawartość popiołu w węglu surowym:

100













uzysk części palnych w koncentracie:









100









, uzysk popiołu w odpadach:























100









zawartość popiołu w koncentracie:















, zawartość popiołu w odpadach:









100









PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)

WZBOGACANIE GRAWITACYJNE

METODY WZBOGACANIA GRAWITACYJNEGO opierają się na różnicy ciężarów właściwych kopaliny użytecznej i
zanieczyszczjącej ją skały płonnej, w przypadku odpadów w różnicy ciężarów właściwych poszczególnych składników
wchodzących w skład danego odpadu. Wzbogacanie mechaniczne może być prowadzone w ośrodku wodnym, powietrznym lub
w cieczach ciężkich.

CIECZE CIĘŻKIE

– ciecze, których ciężar właściwy jest wyższy od ciężaru właściwego wody.

Rozróżniamy ciecze ciężkie:



właściwe do których zaliczamy wodne roztwory chlorku cynku (ZnCl

) lub chlorku wapnia (CaCl

) oraz płynne roztwory

związków chemicznych takich jak bromoform (CHBr

– 2,98 g/cm

), czterochlorek węgla (CCl

– 1,58 g/cm

), itp.,

których ciężar właściwy obniża się poprzez dodatek takich rozpuszczalników (o niskim ciężarze właściwym) jak
spirytus, eter, benzyna, benzen, ksylen. Cieczy ciężkich właściwych używa się wyłącznie do badań laboratoryjnych ze
względu na ich wysoką cenę, dużą lepkość, straty w warunkach przemysłowych a także na ich własności trujące i
korodujące.



ciecze zawiesinowe, które są podstawą procesów przemysłowych – jest to mieszanina wody i miałko zmielonego
minerału ciężkiego nierozpuszczalnego w wodzie, lecz tworzącego w niej zawiesinę. Minerał ten to obciążnik o
ziarnach 0,1 do 0,3 mm.

Obciążnikiem mogą być takie minerały jak: piasek kwarcowy, baryt, magnetyt itp.

Gęstość cieczy ciężkiej zawiesinowej:





100











gdzie:
V

–

objętość ciała stałego w stosunku do całkowitej

objętości cieczy zawiesinowej, %

z – gęstość ciała stałego (obciążnika), g/cm3

Obciążniki:

piasek kwarcowy

– 2,6 g/cm3baryt

– 4,3-4,6 g/cm3magnetyt

– 4,9-5,3 g/cm3żelazo krzem

– 6,5-6,8 g/cm3galena

– 7,6 g/cm3piryt

– 5,2 g/cm3

WZBOGACANIE FLOTACYJNE
Flotacja jest jedną z metod wzbogacania stosowaną do rozdziału bardzo drobnych ziarn mineralnych. Metody flotacyjne oparte
są  na  wykorzystaniu  różnic  we  własnościach  fizykochemicznych  powierzchni  surowców  mineralnych  (minerałów).  Własności
fizykochemiczne  powierzchni  surowców  mineralnych  i  skały  płonnej  jest  to  zespół  zjawisk  chemicznych  i  fizycznych
zachodzących  na  ich  powierzchni  i  wynikających  ze  stanu  energetycznego  tej  powierzchni  oraz  związanych  z  adsorpcją
(chemiczną  i  fizyczną)  różnych  substancji,  zjawiskami  zachodzącymi  na  granicy  trzech  faz:  powierzchnia  minerału  -  woda  -
powietrze.  Fizycznie  mierzalnym  efektem  tych  zjawisk  jest  zwilżalność  powierzchni  mineralnej  jest  ona  mierzona  tzw.  kątem
zwilżania



. Powierzchnia mineralna może być zwilżalna (hydrofilna), i wówczas



= 0 lub n

iezwilżalna wodą (hydrofobowa),

gdy



>0. Do surowców mineralnych charakteryzujących się wysoką naturalną hydrofobowością (



>> 0) należy zaliczyć

siarkę rodzimą, grafit, molibdenit.
Proces flotacji przebiega w zawiesinie wodnej drobno zmielonego surowca mineralnego i polega na selektywnym przyczepianiu
się rozpraszanych w tej zawiesinie pęcherzyków powietrza do wybranych ziarn mineralnych. Tak powstały agregat - pęcherzyk
powietrza i ziarno -

jest lżejszy od wody i wypływa na powierzchnię zawiesiny tworząc na jej powierzchni pianę i może zostać

zebrany  jako  produkt  pianowy.  Flotacja  jest  stosowana  powszechnie  do  wzbogacania  wszelkich  surowców  mineralnych,  w
szczególności gdy do wzbogacenia konieczne jest rozdrobienie nadawy do ziaren o wielkości mniejszej od około 0.3-0.1mm z
uwagi  na  optymalny  stopień  uwolnienia  minerału  użytecznego.  W  przypadku  wzbogacania  węgla  z  uwagi  na  niski  ciężar
właściwy tego surowca uziarnienie ziaren węgli kamiennych może być grubsze nawet powyżej 1mm.
W  celu  zmiany  własności  powierzchniowe  minerałów  stosuje  się  odpowiednio  dobrane  substancje  chemiczne  tj.  odczynniki
flotacyjne.  Odczynniki  te  wprowadzanie  do  zawiesiny  adsorbując  się  na  powierzchni  minerału  którego  powierzchnia  była
hydrofilna (zwilżalną  przez  wodę) modyfikuję  ją  czyniąc ją hydrofobową (niezwilżalną)  umożliwiając  przyczepienie  się  do  niej
pęcherzyka powietrza.

Operacji flotacji dokonuje się w urządzeniach zwanych flotownikami lub często maszynami flotacyjnymi.

Maszyna flotacyjna zbudowana jest z komory (zbiornika),

do której wprowadza się zawiesinę i wirnika lub aeratora

zanurzonych  w  zawiesinie.  Czynnikiem  roboczym  we  flotacji  są  pęcherzyki  powietrza  wprowadzanego  do
wypełniającej  komorę  flotacyjną  wodnej  zawiesiny  drobno  zmielonej  rudy.  Powietrze  jest  wprowadzane  ponad
dnem  komory  i  dyspergowane  (rozpraszane)  na  drobne  pęcherzyki,  które  unosząc  się  do  góry,  zderzają  się  na
swej drodze z ziarnami mineralnymi. Ziarna, które zdołały przyczepić się do pęcherzyków (mogą to być tylko ziarna
hydrofobowe),  tworzą  z  pęcherzykiem  agregat  lżejszy  od  wody  i  wypływają  wraz  z  nimi  na  powierzchnię.
Gromadzące  się  na  powierzchni  zawiesiny  pęcherzyki  wraz  z  cząstkami  mineralnymi  przyczepionymi  do  nich,
tworzą  tzw.  pianę  flotacyjną,  która  zwykle  w  sposób  mechaniczny  jest  zgarniana  do  rynien  (lub  koryt)
odprowadzających  ją  do  dalszej  przeróbki.  W  celu  utrzymania  ziaren  w  stanie  rozproszonym  w  zawiesinie  i
dyspergowania  doprowadzanego  do  niej  powietrza,  miesza  się  ją  bądź  mechanicznie  specjalnej  konstrukcji
mieszadłem  wirnikowym  (wirnik  maszyny  flotacyjnej),  bądź  samym  przepływem  powietrza.  Powietrze  jest

PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)

wprowadzane do zawiesiny pod ciśnieniem bądź zasysane przez odpowiedniej konstrukcji wirnik tzw.
samozasysający. Dyspergowania zassanego powietrza dokonuje obracający się wirnik (maszyny agitacyjne-
mechaniczne

), natomiast gdy powietrze wprowadzane jest pod ciśnieniem, to może być dyspergowane bądź

przepływając przez porowatą przegrodę tzw. aeratora (maszyny pneumatyczne) bądź mechanicznie wskutek
ruchu wirnika (maszyny mechaniczno-pneumatyczne).

W celu przeprowadzenia skutecznego rozdziału różnych minerałów metodą flotacji konieczne jest

stworzenie odpowiednich warunków fizykochemicznych procesu. Dokonuje się tego przez zastosowanie
specjalnych odczynników chemicznych gwarantujących prawidłowy jego przebieg zatem zapewniających wysokie
uzyski składnika użytecznego w koncentracie i wysoką jakość koncentratu flotacyjnego. Substancje te nazwano
odczynnikami flotacyjnymi

i dzieli się na trzy grupy:

Odczynniki zbierające (zbieracze, kolektory), wśród których wyróżniamy zbieracze jonowe (anionowe,

kationowe,  amfoteryczne)  i  niejonowe  (apolarne).  Odczynniki  te  po  wprowadzeniu  do  zawiesiny  flotacyjnej
adsorbują  się  wybiórczo  (selektywnie)  na  powierzchni  ziarn  tylko  wybranych  minerałów,  hydrofobizując  ich
powierzchnię  i  w  efekcie  umożliwiają  ich  skuteczne  wyniesienie  do  piany  (wyflotowanie).  Wybór  rodzaju  i  typu
odczynnika  zależy  od  rodzaju  i  charakteru  chemicznego  powierzchni  minerału.  W  zależności  od  warunków
fizykochemicznych i rodzaju odczynnika

zbieracze mogą adsorbować się na minerale drogą adsorpcji fizycznej lub

chemicznej.

Odczynniki pianotwórcze inaczej spieniacze są to związki organiczne, które adsorbują się na granicy

rozdziału ciecz-gaz, na ogól obniżają napięcie powierzchniowe na granicy faz woda-powietrze i umożliwiają
tworzenie się odpowiednio trwałej i obfitej piany. Z pianą wynoszone są flotujące minerały i mogą być zgarniane z
powierzchni zawiesiny jako produkt (koncentrat) pianowy.

Odczynniki modyfikujące (odczynniki regulujące, modyfikatory) stanowią obszerną grupę odczynników

przeważnie  nieorganicznych,  które  najogólniej  rzecz  biorąc,  mają  za  zadanie  regulację  działania  zbieraczy  w
kierunku  polepszenia  skuteczności i  selektywności flotacji. Wyróżniamy  tu  np.  aktywatory,  depresory  i  regulatory
pH.

Układ flotacyjny jest układem bardzo złożonym i wyniki wzbogacania flotacyjnego zależą od bardzo wielu

czynników. Czynniki te można sprowadzić do czterech grup związanych z:

własnościami chemicznymi i fizycznymi powierzchni mineralnej, składem i własnościami mineralogicznymi i

petrograficznymi kopaliny,

charakterystyką zawiesiny flotacyjnej: pH środowiska, składem jonowym, zagęszczeniem części stałych,

temperaturą, składem granulometrycznym,

charakterem dodawanych do zawiesiny odczynni

ków flotacyjnych (rodzaj, ilość, sposób i kolejność ich

dozowania, czas kontaktu),

charakterystyką pracy flotowników (maszyn flotacyjnych): wydajność, intensywność mieszania i

napowietrzania zawiesiny flotacyjnej, poziom zawiesiny w komorze, sposób odbierania piany, czas flotacji.

lotacja to separacja typu ciało stałe a ciecz lub ciecz-ciecz. W przeciwieństwie do procesu sedymentacji jest ona stosowana do

usuwania cząsteczek zanieczyszczeń o gęstości niższej od tej jaką ma ciecz, w której się one znajdują.

Istnieją trzy typy flotacji:

naturalna

wspomagana i wymuszona

Naturalna flotacja

Flotacja wspomagana

Flotacja wymuszona

Zachodzi

jeśli różnica w gęstości

jest naturalnie wystarczająca do
zajścia procesu separacji.

Zachodzi kiedy

zastosowane są

zewn

ętrzne czynniki w celu

promowania separacji
cząsteczek, które naturalnie
unoszą się na powierzchni.

Zachodzi kiedy gęstość cząsteczek jest
sztucznie zmniejszana aby pozwolić
cząsteczkom na unoszenie się na powierzchni.
Opiera się to na zdolności cząsteczek danego
ciała stałego lub cieczy do łączenia się z
pęcherzykami gazu (zwykle powietrza) w celu
wytworzenia połączenia cząsteczka-gaz o
gęstości mniejszej niż ciecz.

Flotacja z powietrzem rozpuszczonym:

DAF

(Dissolved Air Flotation)

jest procesem f

lotacji wymuszonej z użyciem bardzo

drobnych pęcherzyków powietrza lub tzw. « mikropęcherzyków» o wielkości średnicy od 40 do 70 μm.

Mechaniczna flotacja

jest to termin używany w przemyśle do określenia zastosowania rozproszonego powietrza w celu

wytworzenia pęcherzyków o wielkości średnicy 0.2 do 2 mm.

Warunki

zastosowania różnych procesów flotacji w oczyszczaniu ścieków

są podsumowane w poniższej tabeli:

PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)

Typ flotacji

Zastosowany

przepływ powietrza

[Nl.m

-3

wody]

Wielkość

pęcherzyków

akład mocy na

oczyszczany 1

[Wh.m

-3

]

Teoretyczny

czas retencji

[min]

Hydraulic surface

loading [mgodz

-1

]

Wspomagana

(usuwanie

tłuszczu)

100-400

2-5 mm

5-10

5-15

10-30

Mechaniczna

(flotacja piany)

10.000

0.2-2 mm

60-120

4-16

Flotacja

rozpuszczonym

powietrzem

(klarowanie)

15-50

40-

70 μm

40-80

20-40 (bez

flokulacji)

3-10

PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)

WZBOGACANIE MAGNETYCZNE

W procesie wzbogacania magnetycznego wykorzystuje się różnice w zachowaniu się substancji w polu

magnetycznym. Zachowanie to określa tzw. podatność magnetyczna objętościowa (określana zwykle symbolem



), która jest

bezwymiarowa. Ciała, które są wypychane z pola magnetycznego nazywane diamagnetykami i mają ujemne wartości



Substancje paramagnetyczne charakteryzują się dodatnimi wartościami



, i są wciągane w pole magnetyczne w kierunku

zagęszczających się linii sił pola magnetycznego. Silnie magnetyczne substancje, zwane ferromagnetykami, mają nie tylko
wysokie wartości



, ale wartości



, zależą od stosowanego pola magnetycznego. Do silnie magnetycznych należy żelazo.

Wielkości makroskopowe charakteryzujące stan magnetyczny

1. Względna przenikalność magnetyczna



(stosunek indukcji magnetycznej B w magnetyku do indukcji magnetycznej B

próżni):





2. Podatność magnetyczna:









Indukcja magnetyczna w magnetyku jest równa:











Wielkość







nosi nazwę magnetyzacji lub namagnesowania i jest liczbowo równa momentowi magnetycznemu

jednostki objętości.

Rozróżnia się trzy typy magnetyków w zależności od wielkości i znaku podatności magnetycznej:

Diamagnetyki





Paramagnetyki





Ferromagnetyki





oraz

 





Na cząstkę umieszczoną w polu magnetycznym działa siła magnetyczna F

mag

, której wartość w kierunku osi X opisana

jest równaniem:

mag







HdH/dx

gdzie:



podatność magnetyczna objętościowa (bezwymiarowa)

H -

natężenie pola magnetycznego (A/m)

dH/dx zmienność pola po odległości

przenikalność magnetyczna próżni, 4



-7

Vs/Am

m -

masa ziarna

Podatność magnetyczna wybranych minerałów

= χ/ρ

Minerał

Skład chemiczny



(cm

/g)

kwarc

SiO

-6,2*10

-6

kalcyt

CaCO

-4,8*10

-6

sfaleryt

ZnS

-3,27*10

-6

piryt

FeS

3,77*10

-6

hematyt

258,74*10

-6

getyt

FeOOH

326,56*10

-6

syderyt

FeCO

1230,88*10

-6

PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)

ZAGĘSZCZANIE

PROCESY WZBOGACANIA

SUROWCÓW

FILTRACJA

CIŚNIENIOWA

KONCENTRATU

SUSZENIE

PRODUKT HANDLOWY

ZAGĘSZCZANIE

PROCESY WZBOGACANIA

SUROWCÓW

FILTRACJA

CIŚNIENIOWA

KONCENTRATU

SUSZENIE

PRODUKT HANDLOWY

SITO ŁUKOWE

PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)

Sito łukowe znajduje zastosowanie w procesach: filtracji, odwadniania, odmulania, separacji itp.
Wydajn

ość jednego sita łukowego zależy od prześwitu i typu drutu profilowego (np. dla

szczeliny S=1mm, wydajność wynosi pomiędzy 75-110 m

/h*m

Hydrocyklon

Wirówka

1. Cylinder
2. Śruba zębata
3. Materiał wprowadzany
4. Dystrybutor
5. Przestrzeń w cylindrze
6. Osadzony materiał
7. Poziom cieczy
8. Strefa schnięcia
9. Oczyszczona ciecz
10. Progi do dostosowania

–

PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)

–

(

)

FILTRACJA - FILTR

PRÓŻŃIOWY

PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)

(

)

SUSZENIE TERMICZNE

Suszarki (www.makrum.pl)

PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)

Metody statystyczne

pozwalają w sposób obrazowy przedstawić proces oraz określić granice

przy których należy reagować, żeby proces nie wymknął się spod kontroli. Stosowanie metod
statystycznych

wbrew pozorom nie musi być uciążliwe i trudne w organizacji.

Kontrola procesu przeróbki surowców mineralnych można podzielić na elementy:•Kontrola
parametrów wzbogacanego materiału:

- sk

ład ziarnowy

zawartość składnika użytecznego

wilgotność

•Kontrola parametrów procesowych:

parametry urządzeń np. temperatura łożysk, pobór energii elektrycznej

parametry procesu np. pH, gęstość zawiesiny,

poziom w urządzeniu,

przepływ
I

nformacje o składzie ziarnowym materiału są ważne w odniesieniu zarówno do surowca

kierowanego do procesów przeróbki, powstających w nich produktów końcowych, a także w
odniesieniu do strumieni międzyoperacyjnych.Dla przeróbczych procesów rozdrabniania i
klasyfikacji skład ziarnowy jest podstawowym wskaźnikiem ich oceny.
Urządzenia pomiarowe składu ziarnowego najczęściej oparte są na wykorzystaniu jednej z
następujących metod: •pomiar lepkości mętów,•sedymentacja ziaren w zawiesinie,•dyfrakcja
światła w zawiesinie,•fotoelektryczne przeszukiwanie przestrzeni,•pochłanianie
ultradźwięków,•pochłanianie strumienia laserowego,•segregacja ziaren w polu
odśrodkowym,•pomiar naprężeń w pręcie pod wpływem uderzających weń

ziaren,

•bezpośredni pomiar ziaren maksymalnych,•uproszczoną analizę sitowa.

Granulometr MultipointTM PSM-400

firmy AUTOMETRICS umożliwia wykonanie ciągłego

pomiaru wielkości ziaren wybranych klas ziarnowych w zawiesinie, jak również określenie w niej
zawartości części stałych. Jest przeznaczony do stosowania w instalacjach technologicznych,
jest szeroko rozpowszechniony w przemyśle mineralnym jako standardowy granulometr
działający w czasie rzeczywistym w układach mielenia i klasyfikacji. Sposób pomiaru oparty jest
na zjawisku absorpcj

i ultradźwięków w zawiesinie i wykorzystaniu jej do określenia wielkości

ziaren i zawartości części stałych w zawiesinie. Ustrój pomiarowy granulometru składa się z
dwu modułów głowic: nadajnik – odbiornik ultradźwięków o różnych częstotliwościach. Moduł na
górze celi pomiarowej pracuje na niższych częstotliwościach – głowice mają większy rozstaw,
natomiast

dolna para głowic pracuje na wyższych częstotliwościach, a odstęp miedzy głowicami

jest mniejszy

Nadajnik A

Nadajnik B

Odbiornik B

Odbiornik A

Zawiesina

Nadajnik A

Nadajnik B

Odbiornik B

Odbiornik A

Zawiesina

Nadajnik A

Nadajnik B

Odbiornik B

Odbiornik A

Zawiesina

PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)

Granulometr PSI

– 200 firmy OUTOKUMPU, jest urządzeniem do ciągłego pomiaru wielkości

cząstek,  oraz  ich  zawartości  w  zawiesinie.  Zastosowano  w  nim  technikę  bezpośredniego
pomiaru ziaren. W odróżnieniu od ultradźwiękowych mierników wielkości cząstek, w urządzeniu
tym  nie  występują  wymagające  szczególnej  konserwacji  eliminatory  powietrza.  Urządzenie
znalazło szerokie zastosowanie w przemyśle metali kolorowych, żelaza, surowców mineralnych
i cementowym.
W trakcie przepływu próbki zawiesiny przez przetwornik rozmiaru cząstek, największe, losowo
wybrane  z

iarna, są mierzone przez posuwisto zwrotny czujnik szczękowy z ceramiczną

końcówką, który przekształca pomiar na sygnał elektryczny. Przetwornik jest okresowo
przemywany wodą i automatycznie realizowane jest w tym elemencie sprawdzanie zera.Wynik,
oparty

na 30...400 ostatnich pomiarach wykonywanych z częstotliwością sekundową, jest

aktualizowany i wyświetlany raz na minutę.

pobór próbki

pomiar

wzorcowanie

woda

zawiesina

położenie

czujnika

zawiesina

położenie

czujnika

położenie

czujnika

pobór próbki

pomiar

wzorcowanie

woda

zawiesina

położenie

czujnika

zawiesina

położenie

czujnika

położenie

czujnika

Określenie składu ziarnowego produktu oparte jest na założeniu istnienia rozkładu normalnego
wielkości ziaren w produkcie. Wykorzystując to założenie, na podstawie określonego na drodze
bezpośrednich pomiarów rozkładu ziaren maksymalnych w opomiarowanym strumieniu,
obliczany jest skład ziarnowy dla pełnego zakresu wielkości ziaren w tym strumieniu.
Krzywe składu ziarnowego ziaren maksymalnych oraz wszystkich ziaren są podstawą do
określenia wychodów określonych ziaren przedstawianych jako wynik pomiaru.

Granulometr PSI

– 500 firmy OUTOKUMPU Granulometr przeznaczonym jest do ciągłego

pomiaru  wielkości  cząstek  w  urządzeniach  przemysłowych.  W  odróżnieniu  od  modelu  PSI  –
200,  zastosowano  w  nim  metodę  rozpraszania  wiązki  laserowej.  Urządzenie  nie  wymaga
zewnętrznej  kalibracji.  PSI  –  500  może  być  wykorzystywany  do:•kontroli  uziarnienia  w
zagęszczaczach,•monitorowania składu ziarnowego podsadzek górniczych,•kontroli jakości (m.
in. składu ziarnowego) produktów

przemysłu mineralnego.

PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)

ziarno

dioda laserowa

wiązka laserowa

przepływ próbki

soczewka

promień

rozproszonego światła

detektor rozpraszania

detektor mocy wiązki

ognisko wiązki

Granulometr PSI

– 500

działanie

ziarno

dioda laserowa

wiązka laserowa

przepływ próbki

soczewka

promień

rozproszonego światła

detektor rozpraszania

detektor mocy wiązki

ognisko wiązki

Granulometr PSI

– 500

działanie

Analizator wielkości cząstek PAR-TEC

firmy LASENTEC

w odróżnieniu od wcześniej opisanych:

PSI  i  PSM,  jest  sondą  pomiarową,  która  wprowadzana  do  medium  bezpośrednio  mierzy  ziarna  w
strumieniach  technologicznych  (w  zbiornikach  reaktorów,  rząpiach  rurociągach,  krystalizatorach  itp.).
Różnorodność oferowanych przez firmę modeli sond pozwala na ich zastosowanie w wielu dziedzinach
przemysłu:  górniczym,  chemicznym,  farmaceutycznym,  celulozowo-papierniczym,  spożywczym,

biotechnologii.

głowica sondy

dioda laserowa,

fotodetektor

okno pomiarowe

soczewka skanująca

strumień

cząstek

łowica sondy pomiarowej

głowica sondy

dioda laserowa,

fotodetektor

okno pomiarowe

soczewka skanująca

strumień

cząstek

łowica sondy pomiarowej

PODSTAWY PRZERÓBKI SUROWCÓW – KONSPEKT (wykładowca dr inż. Dariusz Foszcz)

„EKONOMIKA - nauka o zależnościach ekonomicznych zachodzących między poszczególnymi
czynnikami potrzebnymi do wytwarzania dóbr i świadczenia usług oraz o zasadach organizacji

pracy i zarządzania w przedsiębiorstwach”

Do oceny ekonomicznej zakładu przeróbczego potrzebne są:

cena produktu końcowego

koszt wytworzenia produktu końcowego

Czynniki te decydują o wysokości zysku i rentowności

Kryterium oceny efektów ekonomicznych powinno obejmować wzajemne zależności

parametrów technologicznych i ekonomicznych całokształtu rozpatrywanych procesów i

umożliwiać określenie najwyższej, możliwej do osiągnięcia w danych warunkach

rentownościPodział kosztów własnych procesów wzbogacania można dokonać biorąc pod

uwagę:
1.Treść ekonomiczną
2.Rolę poszczególnych składników w procesie produkcyjnym
3.Potrzeby planowania produkcji i księgowości

KOSZTY

– Podział podstawowy1.Koszty pracy i płac

2.Koszty produkcyjne i koszty ogólne (produkcyjne: koszty prowadzenie procesu
technologicznego

– surowce materiały, paliwa, energia zaś ogólne to: koszty ogólnej obsługi i

kierowania procesem )
3.Koszty bezpośrednie i koszty pośrednie (bezpośrednie możemy odnieść bezpośrednio do
kosztów produkcji, pośrednie odnosi się do wydziału lub całego przedsiębiorstwa i obciąża nimi
zgodnie z ustalonymi regułami poszczególne układu (obiekty) kalkulacyjne
4.Koszty proste i koszty złożone (koszty proste nie podlegają podziałowi na bardziej
elementarne składniki, koszty złożone można poddać dalszemu podziałowi
5. Koszty na okres czasu (kwartał, rok) i koszty przerobu surowca [Mg] lub wytworzenia
koncentratu lub metalu w koncentracie:

6. Koszty zmienne i stałe