Bez tytułu slajdu

Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii

Podstawy mineralurgii

WYMAGANIA WSTĘPNE:

zaliczenie kursów z podstaw

fizyki

i chemii oraz mineralogii i petrografii

Program wykładów: 2 godz./tydzień (30 godz./semestr)

dr hab. inż. Andrzej Łuszczkiewicz

Instytut Górnictwa, Zakład Przeróbki Kopalin i Odpadów

Zadaniem kursu

jest zapoznanie przyszłego inżyniera

górnika z metodami stosowanymi do przeróbki i uszlachet-

niania wydobytej kopaliny tj. rud metali i innych surowców

mineralnych, a także surowców wtórnych, w celu pozyskania

składników i produktów użytecznych,

stanowiących

produkt finalny (sprzedażny) górnictwa

wykorzystywanych w przemysłach przetwórczych takich jak:

hutnictwo, przemysł chemiczny, materiałów budowlanych i

inne.



Informacje wstępne o miejscu procesów przeróbki

kopalin w całokształcie procesów geologiczno-

górniczych wykorzystania surowców mineralnych



Surowce mineralne, właściwości mineralogiczno-

petrograficzne. Surowce mineralne Polski i stopień ich

zagospodarowania. Odpady mineralne i surowce

odpadowe przemysłu górniczego



Wprowadzenie. Kryteria technologiczne wykorzystania

surowców mineralnych. Podstawowe definicje. Rodzaje

operacji jednostkowych w przeróbce surowców

mineralnych. Podział metod rozdziału i wzbogacania.

Systemy operacji: schematy technologiczne



Standardowe, specjalne i kombinowane sposoby

przeróbki surowców. Metody hydrometalurgiczne.

Tematyka wykładów



Procesy i operacje rozdrabniania i klasyfikacji ziarnowej:

podział i podstawy procesów)



Metody oceny procesów rozdziału

Bilanse

wzbogacania. Krzywe wzbogacalności. Wykorzystanie

wyników badań surowców mineralnych do opracowania

podstaw technologii ich przeróbki i wykorzystania: skład

ziarnowy, krzywe wzbogacalności, krzywe rozdziału.



Gęstość minerałów. Podstawy

wzbogacania

grawitacyjnego



Właściwości fizykochemiczne powierzchni minerałów.

Podstawy

wzbogacania flotacyjnego.



Właściwości magnetyczne minerałów.

Separacja

magnetyczna



Przewodnictwo elektryczne minerałów.

Separacja

elektryczna

Literatura podstawowa

1. Drzymała J.

Podstawy mineralurgii

. Oficyna Wydaw-

nicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2001

2. Laskowski J., Łuszczkiewicz A.,

Przeróbka kopalin.

Wzbogacanie surowców mineralnych

. Skrypt

Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1989

3. Blaschke Z. i inni, Górnictwo Cz.V.

Zarys technologii

procesów przeróbczych

, Skrypt AGH, Kraków,

1983

4. Malewski J. ,

Przeróbka Kopalin. Zasady

rozdrabiania

i klasyfikacji

Skrypt Politechn. Wrocł., Wrocław 1981.

5. Wills B.A.,

Mineral processing technology

. Pergamon

Press 1983, 1988 i póżniejsze wydania

6. Chodyniecka L., Gabzdyl W., Kapuściński T.,

Mineralog

i petrografia dla górników

. Wyd. Śląsk, Katowice

1988.

Badania

geologic

zne

Górnict

Mineralur

gia

(przeróbk

a kopalin)

Surowce pierwotne

i wtórne (odpady

mineralne)

Hutnictw

Materiały

budowlan

ceramiczn

Energety

Chemia

Inne

przemysł

Czynniki decyduj

ce o

yteczno

ci z

a kopaliny



1. Wyniki bada

i odkry

geologicznych, koncesje

na badania geologiczne,



2. Lokalizacja (infrastruktura terenu, regionu) i

rozmiary z

a, sposób zalegania (geologia

ynierska),



3. Jako

ść

kopaliny

(mineralogia, petrografia,

analityka chemiczna, badania technologiczne)



4. Metody i koszty górnicze: koszty udostępnienia

a, przygotowania i eksploatacji



5. Zakres i koszty, dostosowania (przetwarzania)

ciwo

ci i jako

ci kopaliny do potrzeb odbiorców.

Podatno

ść

na przeróbk

, wzbogacalno

ść



6. Zakres i sposoby zagospodarowania odpadów

górniczych i przeróbczych

potrzebowanie na kopalin

lub sk

adniki

yteczne w niej zawarte, warto

ść

kopaliny lub

substancji u

ytecznej (cena na rynkach

wiatowych)

Aspekty finansowe:

–

koszty operacyjne: górnicze

przeróbcze,

przetwórcze

–

koszty inwestycyjne: infrastruktury, górnicze

przeróbcze,

przetwórcze

–

uzyskany (posiadany) kapita

, koszty obs

ugi

kredytu bankowego

–

aty koncesyjne, podatki, op

aty za korzystanie

rodowiska

Klasyfikacja surowców

mineralnych

A. Surowce metaliczne (metaliferous

minerals)

Rudy metali rodzimych (native ores)

(Au, Ag, Cu)

Rudy siarczkowe (sulfide ores)

(Cu, Zn, Pb, Ni,

Sn, As, Ag)

Rudy utlenione: (oxidized ores)

tlenkowe

(Fe, Ti, Cr, Al, Sn, )

rudy stanowiące sole trudno rozpuszczalne:

siarczanowe

(Ba, Sr, S, Mg, B)

krzemianowe

(Zr, Ni, )

węglanowe

(Cu, Ln: Ce,La,Nd,Pr...)

fosforanowe

(F, P, Y, Ln: Ce,La,Nd,Pr...)

inne

Rudy kompleksowe (complex ores)

polimetaliczne

(np. Cu-Pb-Zn)

polimetaliczne siarczkowe, utlenione

(Zn-Pb, Cu)

Klasyfikacja surowców

mineralnych (c.d)

B. Surowce niemetaliczne (industrial

minerals)

SUROWCE :

budowlane

, np. kruszywa, wapień, piaski itp.

ceramiczne

i szklarskie, iły, gliny, skaleń, piaski

kwarcowe

ogniotrwałe

, chromit, magnezyt, cyrkon

chemiczne

, np. baryt, fluoryt, sól kamienna,

sole potasowe, fosforyty, saletry itp.

materiały ścierne

, np. korund, granaty

metalurgiczne

, np. dolomit, wapień, fluoryt

dla rolnictwa

, np. dolomit, iły, wapień, sole

potasowe i magnezowe, fosforyty

dla elektroniki i optyki

, np. kwarc,

energetyki jądrowej

, np.

surowce cyrkonu i

hafnu, grafit,

B. Surowce niemetaliczne (industrial

minerals)

c.d

SUROWCE :

skalne:

granity, sjenity, gabra, bazalty,

wapienie, dolomity itp.

ilaste

np. iły i gliny kaolinowe,

montmorylonitowe,

krzemionkowe

np. kwarcyty, ziemie

okrzemkowe

, chromit, magnezyt, cyrkon :

–

rudy metalu (metalic ores)

–

materiały ogniotrwałe (refractories)

–

materiały ceramiczne (ceramic raw

materials)

Pierwiastek

kark

ppm

(g/Mg)

Zawartość w

surowcach

przemysło-

wych, ppm

Stosunek zawar-

tości przemysło-

wej do klarku

(WG) (stopień

wzbogacenia)

stosunek zawar-

tości w koncen-

tracie do klarku

(WP) (stopień

wzbogacenia)

rtęć

0.089

1000

11 200

1 120 000

platyna

0.001

1000

1000-10 000

złoto

0.003

1000

1000-10 000

ołów

40 000

3 300

200 000

chrom

110

230 000

2 100

4 200

cyna

1.7

3 500

2 000

20 000

cynk

35 000

370

7400

uran

1.7

700

350

28 000

Przeciętne rozproszenie niektórych

pierwiastków w przyrodzie (klarki) i przybliżone

wymagania jakościowe stawiane surowcom tych

pierwiastków oraz wskaźniki geochemiczne WG

i WP

Przeciętne rozproszenie niektórych

pierwiastków w przyrodzie (klarki) i przybliżone

wymagania jakościowe stawiane surowcom tych

pierwiastków oraz wskaźniki geochemiczne WG

i WP

Pierwiastek

kark

ppm

(g/Mg)

Zawartość w

surowcach

przemysło-

wych, ppm

Stosunek zawar-
tości przemysło-

wej do klarku

(WG) (stopień
wzbogacenia)

stosunek zawarto-

ści w koncentracie

do klarku (WP)

(stopień wzboga-

cenia)

mangan

1300

250 000

190

5 700

kobalt

2 000

300

miedź

3 500

400

tytan

6 400

100 000

żelazo

50 000

200 000

glin

83 000

185 000

2.2

MINERAŁ

WZÓR CHEMICZNY

ZAWARTOŚĆ

SKŁADNIKA

UŻYTECZNEGO

GĘSTOŚĆ

kg/m

PODATNOŚĆ

MAGN.m

/kg•10

-9

Złoto rodzime

Au; Au(Ag, Cu)

50 - 95% Au

15.6 - 18.3

Piryt

FeS

46.6% Fe, 53.4% S

4.9 - 5.2

2,6- 16.0

Kowelin

CuS

66.5% Cu

4.6

– 0.4

Chalkozyn

78.9% Cu

5.5

– 0.3

Bornit

2Cu

S•CuS•FeS

63.6% Cu

4.5 - 5.4

0.8 - 8.6

Chalkopiryt

CuFeS

34.64% Cu

4.2 - 4.3

0.8 - 2.0

Malachit

[(OH)

 CO

]

57.49% Cu

4.00

Galena

PbS

86.6% Pb

7.4 - 7.6

– 0.8•10

Sfaleryt

ZnS

67.1% Zn

3.0 - 4.2

– 0.4

Arsenopiryt

FeAsS

46.01% As

5.9 - 6.2

Hematyt

70% Fe

5.0 - 5.2

0.7 - 2.8•10

-7

Magnetyt

FeO•Fe

72.4% Fe

4.9 - 5.2

685 000

Ilmenit

FeO•TiO

52.6% TiO

4.5 - 5.0

140-160

Rutyl

TiO

90-98% TiO

4,2-4,3

12-50

Kasyteryt

SnO

78.8% Sn

6.8 - 7.0

-1,7- +2140

MINERAŁ

WZÓR

CHEMICZNY

ZAWARTOŚĆ

SKŁADNIKA

UŻYTECZNEGO

GĘSTOŚĆ

kg/m

PODATNOŚĆ

MAGN.m

/kg•10

-9

Wolframit

(Mn,Fe)WO

75.0% WO

6.7 - 7. 5

380-1200

Scheelit

CaWO

8O.53% WO

6.0

0,15

Chromit

FeO•Cr

68.0% Cr

4.5

176-870

Monacyt

(Ce,La,Th)PO

50 - 60%(Ce,La,Nd,...)

4.9 - 5.5

120-250

Cyrkon

ZrSiO

67.1% ZrO

4.7

– 2,4

Baryt

BaSO

65.7% BaO

4.5

– 1.2

Apatyt (fluorowy)

 (PO

)

]

42.26% P

, 3.78% F

3.16 -3.22

– 3,3

Fluoryt

CaF

48.67% F

3.10-3.20

– 3,6

Magnezyt

MgCO

47.8% MgO

3.06

< 0

Dolomit

CaCO

•MgCO

30.4% CaO; 21.91 MgO

2.85

157-340

Skalenie

(Na,Ca,K)AlSi

~11 - 16% (Na+K)

2.50 - 2.76

Kalcyt

CaCO

56.0% CaO

2.70

< 0

Kwarc

SiO

2. 50 - 2.65

– 4.0

Korund

52,9% Al

3,9-4,1

– 5.9

Gips (anhydryt)

CaSO

23,5 % S-

2.3

< 0

Diament

100% C

3.47 - 3.56

< 0

Grafit

2.15

< 0

Węgiel kamienny

1.2 - 1.4

< 0

ENERGY REQUIREMENTS FOR SELECTED METALS

METAL

PRODUCT

Energy

required

GJ /Mg

Energy relative

to steel slabs

TITANIUM

metal

430

17,2

MAGNESIUM

metal

378

15,1

ingot

wlewki

257

10,3

ALUMINIUM

rolled

walcówka

219

8,8

ingot

wlewki

2,7

COPPER

refined

miedź rafinowana

118

4,7

CHROMIUM

low-carbon
ferroalloy

żelazostopy ni-
skowęglowe

136

5,4

ZINC

ingot

wlewki

2,8

MANGANESE

electric fur-
nace

piece elektryczne

2,2

LEAD

ingot

wlewki

1,1

slabs

kęsiska,

STEEL

carbon steel
castings

stal węglowa od-
lewana

1,8

METAL

SOURCE

Energy required

GJ /Mg

Prices

US$/kg

rutile

500

9,0

ilmenite

593

12,0

TITANIUM INGOT

Ti-rich soils

817

20,0

bauxite

202

1,5

ALUMINIUM INGOT

clay

261

2,0

porphyry ores 1% Cu

1,3

COPPER INGOT

rudy porfirowe 0,3% Cu

1,6

seawater (woda morska)

360

6,0

MAGNESIUM INGOT

magnesite ores

170

3,0

magnetic taconites

0,1

STEEL (RAW)

iron laterites

(lateryty żelaziste)

0,2

Energy requirements for selected

metals related to source

•

Minerał użyteczny

= nośnik substancji, składnika

użytecznego

składnik użyteczny

= substancja

użyteczna (cenny składnik, pierwiastek, metal).

Pojęcie składnika użytecznego bywa rozumiane

szerzej jako część użyteczna surowca.

•

Minerały nieużyteczne

, skała płonna

•

Surowiec mineralny, urobek kopalniany, ruda składa

się z ziarn różnych minerałów o rozmaitej wielkości.

Ziarno rudy może stanowić jeden minerał, lub kilka

minerałów zrośniętych ze sobą.

•

Celem przeróbki kopalin

(mineralurgii)

jest

oddzielenie poszczególnych minerałów od siebie i

wydzielenie produktów zawierających w przewadze

jeden minerał.

•

Materiał kierowany (wchodzący) do procesu lub

operacji przeróbczej nazywamy

nadawą

•

Produkt bogaty w jeden minerał (w cenny składnik)

nazywamy

koncentratem

tego minerału (lub tego

składnika)

•

Produkt zawierający minerały nieużyteczne

nazywamy

odpadem lub odpadami

•

Produkt zawierający mieszaninę różnych minerałów,

wśród których znajduje się przynajmniej jeden

minerał użyteczny nazywamy

produktem

pośrednim lub przejściowym

(półproduktem)

•

Koncentrat, odpady i produkt pośredni są końcowymi

(ostatecznymi) produktami

operacji przeróbczej

produkt przejściowy kieruje się do dalszej przeróbki

NADAWA

Q, 100%, 




100

produkty:

KONCENTRAT,
C, 

ODPADY

T,    

OPERACJ A

– masa nadawy

– masa koncentratu

T – masa odpadów



– wychód

koncentratu

, , 

– zawartości

składnika
użyt.

, 

– uzyski składnika

Operacje przeróbcze

- zespół określonych

czynności wykonywanych na przerabianym

materiale. W każdej operacji wyróżnia się dwa

rodzaje strumieni materiału: wejściowy

(nadawa) i wyjściowe (produkty operacji

przeróbczej)

System przeróbczy

(system operacji = układ

technologiczny, schemat przeróbczy) - zespół

powiązanych ze sobą pojedynczych operacji

przeróbczych

Przeróbki kopaliny (surowca mineralnego)

dokonuje się w wyniku wielu różnych operacji

przeróbczych, które podzielono na

jakościowe

i ilościowe

Opreracje jakościowe

- w wyniku których

następuje zmiana struktury ziarnowej lub

mineralnej materiału:

–

rozdrabianie

(pomniejszanie wymiarów ziarn)

–

uwalnianie minerału

(wyswobodzanie

wyróżnionego minerału z masy skalnej, zwykle

przez rozdrabnianie)

–

klasyfikacja

(wydzielanie ziarn o określonych

rozmiarach)

–

wzbogacanie

(zwiększenie lub zmniejszenie

udziału wyróżnionego minerału lub składnika w

produkcie operacji)

–

mieszanie

- operacja odwrotna do klasyfikacji lub

do wzbogacania

Operacje jakościowe dzielimy na

operacje główne

w wyniku których powstają

końcowe (handlowe) produkty systemu

przeróbczego. Są to produkty o silnie

zróżnicowanych właściwościach, np.

granulacjach, gęstościach, własnościach

magnetycznych, fizykochemicznych,

chemicznych

przygotowawcze

poprzedzające operację główne.

Co nazwiemy operacją przygotowawczą zależy

od rodzaju surowca i związanego z jego

przeróbką systemu operacji

uzupełniające

stosowane do poprawienia jakości

produktu finalnego np. odwadnianie,

formowanie itp.

Badania

geologic

zne

Górnict

Mineralur

gia

(przeróbk

a kopalin)

Surowce pierwotne

i wtórne (odpady

mineralne)

Hutnictw

Materiały

budowlan

ceramiczn

Energety

Chemia

Inne

przemysł

Procesy

przeróbki

kopalin

Surowce

pierwotne

i wtórne (odpady

mineralne)

Hutnictw

imetalur

gia

Przem.

mat.

budowlan

ych

ceramiczn

Energety

cieplna

Przemysł

chemiczn

Produkty

handlowe

Koncentra

ty metali,

mat.

ogniotrwał

e, topniki

Oczyszczo

ne paliwa

(konc.

węgla

kam.)

Kruszywa

określ.

granul.

prod.

ilaste,itp

Konc.

fosforytowe

, solne, itp

m 10m 100m 1000m 1cm 10cm

100

1 000

10 000

100 000

Wielkość ziarna,

m

Separatory strumieniowo-zwojowe

Płuczki strumieniowe, stożki Reicherta

Stoły powietrzne

(węgiel)

(rudy)

Stoły szlamowe

Stoły koncentracyjne

węgiel

Hydrocyklony

(węgiel)

Separator Bartles-Mozley

Sep. Tasmowy Bartles

Flotacja

(węgiel)

Floculacja selektywna

Mokra separacja magnetyczna LI

Mokra separacja magnetyczna HI (wysokie natężenie)

Sucha separacja magnetyczna LI

Separacja elektryczna

Wychwytywanie

Osadazarki

wêgiel

os.

promieniowe

Sortowanie (przebieranie)

Rospuszczalność

Hydrocyklony

Separatory głębokie Separatory płytkie

Przewodnictwo elektrycz.

Gęstość i wielkość ziarn

podatność magnetyczna

własności powierzchniowe

Kolor, postać

Gęstość (ciecze ciężkie)

Wielkość ziarn

Mokre Przesiewanie Suche

Klasyfikacja hydrauliczna

m 10m 100m 1000m 1cm 10cm

100

1 000

10 000

100 000

Particle size,

 m

Spirals

Cone (Reichert, pinched sluices)

Air tables

(coal)

(ores)

Slime tables

Wet tables

coal

Hydrocyclones

(coal)

Bartles-Mozley

Bartles crossbelt

Froth flotation

(coal)

Selective flocculation

Wet magnetic separators

Wet high intensity magnetic separators

Dry magnetic separators

Electrostatic

Cobbing

J igs

coal

Circular jigs

Sorting

Solubility

Hydrocyclones

Cones

Heavy media

Drums

electrical conductivity

wettability

Density & size

magnetic susceptibility
wettability

surface wettability

Color, appearance

Density (heavy media)

Wet screens

Dry screens

Wet classifier

Size

SKAŁY

MAGMOWE

OSADOWE

METAMORFICZNE

transport, dalsza

dezintegracja

wietrzenie chemiczne i

dezintegracja, deluwium

produkty rozkładu minerałów

mało odpornych chemicznie,

minerały ilaste

produkty rozkładu

minerałów średnio

odpornych, osady

drobnoziarniste, muły

transport (klasyfikacja w

aluwium), depozycja

górny bieg rzek

przewaga żwirów

dolny bieg rzek, delty

morskie przewaga piasków

wietrzenie

chemiczne,

eluwium

przesiewanie

żwiry

przesiewanie

żwirki

klasyfikacja

hydrauliczna

piaski

płukane

mułki i piaski
drobnoziarniste

wzbogacanie grawitacyjne

muły

koncentrat

złota

odmyte piaski
drobnoziarniste

koncentrat

minerałów ciężkich

Górnictwo surowców

okruchowych

materiał najbardziej odporny chemicznie i

mechanicznie

(surowce okruchowe)

RIU

DY:

zdr

abn

ian

DY:

zdr

abn

ian

i u

lnia

nie

ine

rałó

i u

lnia

nie

ine

rałó

siła

i n

atu

siła

i n

atu

nat

ura

lne

oce

nat

ura

lne

oce

oln

iły z

pie

otn

oln

iły z

pie

otn

ate

rii m

ine

rały

ate

rii m

ine

rały

naj

bar

dzie

j od

por

naj

bar

dzie

j od

por

sta

ard

sta

ard

pro

ces

pro

ces

tec

olo

gic

tec

olo

gic

pro

ces

y te

log

icz

pro

ces

y te

log

icz

zaa

nso

zaa

nso

(ko

ple

kso

(ko

ple

kso

rzy

sta

nie

)

rzy

sta

nie

)

Document Outline