Μεταλλουργία επεξεργασίας ορυκτών

Επεξεργασία ορυκτών, τέχνη επεξεργασίας ακατέργαστων μεταλλευμάτων και ορυκτών προϊόντων με σκοπό τον διαχωρισμό των πολύτιμων ορυκτών από το απόβλητο βράχο ή το gangue. Είναι η πρώτη διαδικασία που υφίστανται τα περισσότερα μεταλλεύματα μετά την εξόρυξη προκειμένου να παράσχει ένα πιο συμπυκνωμένο υλικό για τις διαδικασίες της εξορυκτικής μεταλλουργίας. Οι πρωταρχικές εργασίες είναι η κονιοποίηση και η συγκέντρωση, αλλά υπάρχουν και άλλες σημαντικές εργασίες σε μια σύγχρονη μονάδα επεξεργασίας ορυκτών, συμπεριλαμβανομένης της δειγματοληψίας και της ανάλυσης και της αφυδάτωσης. Όλες αυτές οι λειτουργίες συζητούνται σε αυτό το άρθρο.

Δειγματοληψία και ανάλυση

Η τακτική δειγματοληψία και ανάλυση της πρώτης ύλης που υποβάλλεται σε επεξεργασία πραγματοποιούνται με σκοπό την απόκτηση πληροφοριών απαραίτητων για την οικονομική αξιολόγηση των μεταλλευμάτων και των συμπυκνωμάτων. Επιπλέον, οι σύγχρονες εγκαταστάσεις διαθέτουν πλήρως αυτόματο σύστημα ελέγχου που πραγματοποιεί ανάλυση σε ροή του υλικού καθώς υποβάλλεται σε επεξεργασία και πραγματοποιεί προσαρμογές σε οποιοδήποτε στάδιο προκειμένου να παράγει τον πλουσιότερο δυνατό συμπύκνωμα με το χαμηλότερο δυνατό λειτουργικό κόστος.

Δειγματοληψία

Η δειγματοληψία είναι η αφαίρεση από μια δεδομένη παρτίδα υλικού ενός τμήματος που είναι αντιπροσωπευτικό του συνόλου αλλά του κατάλληλου μεγέθους για ανάλυση. Γίνεται είτε με το χέρι είτε με μηχανή. Η δειγματοληψία με το χέρι είναι συνήθως δαπανηρή, αργή και ανακριβής, έτσι ώστε να εφαρμόζεται γενικά μόνο όταν το υλικό δεν είναι κατάλληλο για δειγματοληψία μηχανών (για παράδειγμα, λεπτόκοκκο μετάλλευμα) ή όπου τα μηχανήματα είτε δεν είναι διαθέσιμα είτε πολύ ακριβά για εγκατάσταση.

Πολλές διαφορετικές συσκευές δειγματοληψίας είναι διαθέσιμες, συμπεριλαμβανομένων φτυαριών, δειγματοληπτών σωλήνων και αυτόματων δειγματοληπτικών μηχανών. Για αυτές τις μηχανές δειγματοληψίας να παρέχουν ακριβή αναπαράσταση ολόκληρης της παρτίδας, η ποσότητα ενός μεμονωμένου δείγματος, ο συνολικός αριθμός δειγμάτων και το είδος των δειγμάτων που λαμβάνονται είναι καθοριστικής σημασίας. Έχουν επινοηθεί ορισμένα μοντέλα μαθηματικής δειγματοληψίας προκειμένου να καταλήξουν στα κατάλληλα κριτήρια δειγματοληψίας.

Ανάλυση

Αφού ληφθούν ένα ή περισσότερα δείγματα από μια ποσότητα μεταλλεύματος που διέρχεται από ένα ρεύμα υλικού όπως ένας μεταφορικός ιμάντας, τα δείγματα μειώνονται σε ποσότητες κατάλληλες για περαιτέρω ανάλυση. Οι αναλυτικές μέθοδοι περιλαμβάνουν χημικό, ορυκτολογικό και μέγεθος σωματιδίων.

Χημική ανάλυση

Ακόμα και πριν από τον 16ο αιώνα, ήταν γνωστά ολοκληρωμένα σχήματα ανάλυσης (μέτρηση της αξίας) μεταλλευμάτων, χρησιμοποιώντας διαδικασίες που δεν διαφέρουν ουσιαστικά από αυτές που χρησιμοποιούνται στη σύγχρονη εποχή. Παρόλο που χρησιμοποιούνται σήμερα συμβατικές μέθοδοι χημικής ανάλυσης για τον εντοπισμό και την εκτίμηση ποσοτήτων στοιχείων σε μεταλλεύματα και μέταλλα, είναι αργές και δεν είναι αρκετά ακριβείς, ιδιαίτερα σε χαμηλές συγκεντρώσεις, ώστε να είναι απολύτως κατάλληλες για έλεγχο της διαδικασίας. Κατά συνέπεια, για να επιτευχθεί μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα, χρησιμοποιούνται εξελιγμένα αναλυτικά όργανα σε αυξανόμενο βαθμό.

Στη φασματοσκοπία εκπομπών, δημιουργείται μια ηλεκτρική εκκένωση μεταξύ ενός ζεύγους ηλεκτροδίων, ένα εκ των οποίων κατασκευάζεται από το υλικό που αναλύεται. Η ηλεκτρική εκφόρτιση εξατμίζει ένα μέρος του δείγματος και διεγείρει τα στοιχεία του δείγματος για να εκπέμψει χαρακτηριστικά φάσματα. Ανίχνευση και μέτρηση των μηκών κύματος και τις εντάσεις των φασμάτων εκπομπής αποκαλύψει τις ταυτότητες και τις συγκεντρώσεις των στοιχείων του δείγματος.

Στη φασματοσκοπία φθορισμού ακτίνων Χ, ένα δείγμα βομβαρδισμένο με ακτίνες Χ εκπέμπει ακτινοβολία φθορισμού Χ μήκους κύματος που χαρακτηρίζει τα στοιχεία του. Η ποσότητα της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας Χ σχετίζεται με τη συγκέντρωση μεμονωμένων στοιχείων στο δείγμα. Η ευαισθησία και η ακρίβεια αυτής της μεθόδου είναι κακή για στοιχεία χαμηλού ατομικού αριθμού (δηλαδή, λίγα πρωτόνια στον πυρήνα, όπως βόριο και βηρύλλιο), αλλά για σκωρίες, μεταλλεύματα, σίντερ και σφαιρίδια όπου η πλειοψηφία των στοιχείων είναι υψηλότερο εύρος ατομικών αριθμών, όπως στην περίπτωση του χρυσού και του μολύβδου, η μέθοδος ήταν γενικά κατάλληλη.

Ορυκτολογική ανάλυση

Ο επιτυχής διαχωρισμός ενός πολύτιμου ορυκτού από το μετάλλευμά του μπορεί να προσδιοριστεί με δοκιμές βαρέως-υγρού, κατά την οποία ένα κλάσμα ενός μεγέθους μεταλλεύματος αιωρείται σε υγρό υψηλής ειδικής βαρύτητας. Σωματίδια μικρότερης πυκνότητας από το υγρό παραμένουν επιπλέουν, ενώ πυκνότερα σωματίδια βυθίζονται. Αρκετά διαφορετικά κλάσματα σωματιδίων με την ίδια πυκνότητα (και, συνεπώς, παρόμοια σύνθεση) μπορούν να παραχθούν, και τα πολύτιμα μεταλλικά συστατικά μπορούν στη συνέχεια να προσδιοριστούν με χημική ανάλυση ή με μικροσκοπική ανάλυση στιλβωμένων τμημάτων.

Ανάλυση μεγέθους

Τα χονδροειδή αλεσμένα ορυκτά μπορούν να ταξινομηθούν ανάλογα με το μέγεθος, διατρέχοντας τα σε ειδικά κόσκινα ή σίτες, για τα οποία έχουν γίνει αποδεκτά διάφορα εθνικά και διεθνή πρότυπα. Ένα παλιό πρότυπο (τώρα παρωχημένο) ήταν η σειρά Tyler, στην οποία τα συρμάτινα κόσκινα ταυτοποιήθηκαν με μέγεθος ματιών, όπως μετρήθηκαν σε σύρματα ή ανοίγματα ανά ίντσα. Τα σύγχρονα πρότυπα ταξινομούν τώρα τα κόσκινα ανάλογα με το μέγεθος του ανοίγματος, όπως μετράται σε χιλιοστά ή μικρόμετρα (^10-6 μέτρα).

Ορυκτά σωματίδια μικρότερα από 50 μικρόμετρα μπορούν να ταξινομηθούν με διαφορετικές μεθόδους οπτικής μέτρησης, οι οποίες χρησιμοποιούν ακτίνες φωτός ή λέιζερ διαφόρων συχνοτήτων.

Κοινή χρήση

Προκειμένου να διαχωριστούν τα πολύτιμα συστατικά ενός μεταλλεύματος από τα απόβλητα βράχου, τα ορυκτά πρέπει να απελευθερωθούν από την αλληλοσυνδεόμενη κατάστασή τους φυσικά με κονιορτοποίηση. Κατά κανόνα, η κονιοποίηση ξεκινά με σύνθλιψη του μεταλλεύματος κάτω από ένα ορισμένο μέγεθος και τελειώνει αλέθοντας το σε σκόνη, η τελική λεπτότητα της οποίας εξαρτάται από την λεπτότητα της διάδοσης του επιθυμητού ορυκτού.

Σε πρωτόγονους χρόνους, οι θραυστήρες ήταν μικρά, γουδοχέρι και κονιάματα που λειτουργούσαν με το χέρι, και η άλεση έγινε από μυλόπετρες που γύρισαν άνδρες, άλογα ή υδραυλική δύναμη. Σήμερα, αυτές οι διαδικασίες εκτελούνται σε μηχανοκίνητα θραυστήρες και μύλους. Ενώ η σύνθλιψη γίνεται κυρίως σε ξηρές συνθήκες, οι μύλοι λείανσης μπορούν να λειτουργούν τόσο ξηροί όσο και υγροί, με κυρίαρχο το υγρό άλεσμα.

Συντριπτικός

Μερικά μεταλλεύματα εμφανίζονται στη φύση ως μίγματα διακριτών ορυκτών σωματιδίων, όπως χρυσός σε χαλίκια και ρέματα και διαμάντια στα ορυχεία. Αυτά τα μίγματα απαιτούν λίγη ή καθόλου σύνθλιψη, δεδομένου ότι τα τιμαλφή είναι ανακτήσιμα χρησιμοποιώντας άλλες τεχνικές (διάσπαση υλικού τοποθέτησης σε πλυντήρια ξύλου, για παράδειγμα). Τα περισσότερα μεταλλεύματα, ωστόσο, αποτελούνται από σκληρές, σκληρές ροκ μάζες που πρέπει να συνθλίβονται προτού απελευθερωθούν τα πολύτιμα μέταλλα.

Προκειμένου να παραχθεί θρυμματισμένο υλικό κατάλληλο για χρήση ως τροφοδοσία μύλου (100 τοις εκατό των τεμαχίων πρέπει να είναι μικρότερο από 10 έως 14 χιλιοστά, ή 0,4 έως 0,6 ίντσες, σε διάμετρο), η θραύση γίνεται σταδιακά. Στο αρχικό στάδιο, οι χρησιμοποιούμενες συσκευές είναι ως επί το πλείστον θραυστήρες σιαγόνων με ανοίγματα έως και δύο μέτρα. Αυτά συνθλίβουν το μετάλλευμα σε λιγότερο από 150 χιλιοστά, το οποίο είναι κατάλληλο μέγεθος για να χρησιμοποιηθεί ως τροφή για το δευτερεύον στάδιο σύνθλιψης. Σε αυτό το στάδιο, το μετάλλευμα συνθλίβεται σε θραυστήρες κώνου σε λιγότερο από 10 έως 15 χιλιοστά. Αυτό το υλικό είναι η τροφοδοσία του μύλου λείανσης.

Αλεση

Σε αυτό το στάδιο της διαδικασίας, το θρυμματισμένο υλικό μπορεί περαιτέρω να αποσυντεθεί σε έναν μύλο κυλίνδρων, ο οποίος είναι ένα κυλινδρικό δοχείο κατασκευασμένο σε ποικίλες αναλογίες μήκους προς διάμετρο, συναρμολογημένο με τον άξονα ουσιαστικά οριζόντιο και μερικώς γεμάτο με σώματα λείανσης (π.χ. πέτρες πυριτίου, σφαίρες από σίδηρο ή χάλυβα) που προκαλούνται να καταρρεύσουν, υπό την επίδραση της βαρύτητας, περιστρέφοντας το δοχείο.

Μια ειδική εξέλιξη είναι ο αυτογενής ή ημιαυτογενής μύλος. Αυτογενείς μύλοι λειτουργούν χωρίς άλεση. Αντ 'αυτού, το πιο χονδροειδές μέρος του μεταλλεύματος αλέθεται απλά και τα μικρότερα κλάσματα. Σε ημιαυτότομους μύλους (που έχουν διαδοθεί), προστίθενται 5 έως 10 τοις εκατό σώματα λείανσης (συνήθως μεταλλικές σφαίρες).

Σύνθλιψη / άλεση

Μια άλλη εξέλιξη, που συνδυάζει τις διαδικασίες σύνθλιψης και λείανσης, είναι ο κύλινδρος θραύσης. Αυτό αποτελείται ουσιαστικά από δύο κυλίνδρους που είναι τοποθετημένοι σε οριζόντια άξονες και κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις. Οι κύλινδροι συμπιέζονται μεταξύ τους υπό υψηλή πίεση, έτσι ώστε να λαμβάνει χώρα ανάμιξη στο υλικό στρώμα μεταξύ τους.