Обогащение сырья

Применение концентрированного сырья упрощает и удешевляет его переработку, а также позволяет получать продукты более высокого качества. Потребляемое в химической промышленности сырье обычно недостаточно концентрированное, поэтому перед употреблением его в большинстве случаев обогащают, в результате чего концентрация в нем основного вещества увеличивается.

Обогащение полезных ископаемых, как правило, сложный и дорогостоящий процесс. Однако, несмотря на дополнительные затраты, связанные с обогащением, оно обеспечивает значительный народнохозяйственный эффект, определяемый: возможностью расширения сырьевой базы и обеспечения современного многотоннажного производства химической продукции за счет комплексного использования сырья и вовлечения в эксплуатацию бедных по содержанию полезных минералов и руд; более полным использованием оборудования на химических предприятиях за счет переработки высококонцентрированного обогащенного сырья; существенным улучшением качества готовой химической продукции и значительной экономией транспортных средств вследствие уменьшения перевозок, приходящихся на долю пустой породы.

Если обогащению подвергают твердые материалы (например, горные породы), то полученный обогащенный продукт называют концентратом, а отходы с меньшим содержанием полезного продукта и повышенным содержанием породы называют хвостами. В тех случаях, когда в сырье содержится несколько полезных составляющих, его делят на отдельные части (фракции), обогащенные тем или иным компонентом, т. е. из сложного сырья получают несколько концентратов, что позволяет более полно (комплексно) использовать сырье.

Методы обогащения твердых материалов весьма разнообразны, они основаны на различии физических и химических свойств веществ, входящих в состав сырья, например, прочности, плотности, твердости, растворимости, температур плавления и возгонки, магнитной проницаемости и др.

Рассеивание (грохочение) основано на том, что минералы, входящие в состав сырья, имеют различную прочность, поэтому при дроблении менее прочные (хрупкие) минералы Дробятся на более мелкие зерна, чем прочные (вязкие) материалы. Если после измельчения такое сырье просеять через сита с отверстия различного размера, то можно получить фракции, обогащенные тем или иным минералом.

Гравитационное разделение основано на различии скоростей осаждения (падения) частиц в жидкости или газе в зависимости от плотности или крупности этих частиц. Если осаждение производят в жидкости (чаще всего в воде), его называют мокрым гравитационным обогащением; если осаждение ведут в газе (чаще всего в воздухе), его называют сухим гравитационным обогащением.

Магнитная сепарация применяется для отделения магнитно восприимчивых материалов от немагнитных, а также для удаления стальных предметов, случайно попавших в руду; магнитный железняк от пустой породы.

Флотационный метод обогащения основан на различной смачиваемости зерен от­дельных минералов водой. Частицы несмачиваемого (гидрофобного) минерала не пре­одолевают силы поверхностного натяжения воды и остаются на ее поверхности. Частички смачиваемого (гидрофильного) материала обволакиваются пленкой жидкости и опускаются на дно аппарата. Несмачиваемый минерал снимают с поверхности жидкости, отделяя от руды.

Для проведения флотации применяют технологические приемы, в частности создают условия неодинаковой смачиваемости водой зерен минералов.

Природные минералы в большинстве случаев хорошо смачиваются водой, поэтому для их разделения флотацией в суспензию вводятся специальные реагенты собиратели, снижающие смачиваемость отдельных природных минералов.

В тех случаях, когда необходимо, наоборот, затруднить всплывание частиц отдельных минералов, в суспензию вводят подавители (щелочи, соли щелочных металлов и др.). Эти вещества увеличивают гидрофильность частиц минералов, что затрудняет их всплывание и способствует осаждению частиц на дно.

Флотационный метод обогащения получил широкое промышленное применение благодаря тому, что применение различных флотореагентов, добавляемых в малых количествах (100 г на 1 т породы), позволило обогащать и разделять на фракции самое разнообразное (практически любое) сырье.

Жидкие растворы различных веществ концентрируют упариванием растворителя, вымораживанием, выделением примесей в осадок или в газовую фазу. Так, например, упариванием воды из растворов получают минеральные соли, щелочи, кислоты и др., а путем вымораживания обычно концентрируют природные рассолы в зимнее время.

Газовые смеси разделяют на компоненты последовательной конденсацией, т. е. переводят их в жидкое состояние при постепенном понижении температуры и сжатии. Этот метод основан на различии температур конденсации компонентов газовой смеси. В других случаях вначале газовую смесь превращают в жидкость, а затем последовательным испарением ее разделяют на индивидуальные компоненты.

Разделение газовых смесей осуществляют также поглощением отдельных газов жидкостями (абсорбция) или твердыми веществами (адсорбция) с последующим выделением их из сорбентов в концентрированном виде.

Методы концентрирования жидких растворов и разделение газовых смесей широко применяются в настоящее время в химической промышленности.