Технология руд цветных металлов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
№ 1323
Кафедра обогащения руд цветных и редких металлов
Э.В. Адамов
Технология руд
цветных металлов
Учебник
Допущено учебнометодическим объединением
по образованию в области металлургии в качестве
учебника для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению Металлургия
Москва  Издательство ´УЧЕБАª
2007

УДК 622.7:622.3 
 
А28 
Р е ц е н з е н т ы :  
кафедра обогащения полезных ископаемых 
Красноярского государственного университета; 
д-р техн. наук, проф. С.И. Иванков (ВИМС) 
Адамов Э.В. 
А28  
Технология руд цветных металлов: Учеб. – М.: МИСиС, 
2007. – 515 с. 
В учебнике приводится технологическая характеристика основных типов 
руд и минералов цветных и редких металлов. Даны теоретические основы 
процессов рудоподготовки – дробления и измельчения, грохочения и классификации, физических и физико-химических методов обогащения. Рассматривается устройство и принцип действия основного обогатительного оборудования, применяемого на современных обогатительных фабриках. Приводятся схемы и реагентные режимы процессов обогащения основных типов 
руд цветных и редких металлов. 
Учебник предназначен для студентов, обучающихся по направлению 
«Металлургия» по профилю «Металлургия цветных металлов», а также может быть рекомендован студентам, обучающимся по профилю «Обогащение 
полезных ископаемых и «Технология переработки минерального сырья». 
© Государственный технологический  
университет «Московский институт 
стали и сплавов» (МИСиС), 2007 
2 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
Предисловие.......................................................................................................6 
ГЛАВА 1. РУДЫ И МИНЕРАЛЫ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ. 
ПРОЦЕССЫ ОБОГАЩЕНИЯ........................................................................7 
1.1. Характеристика основных типов руд  и минералов цветных 
металлов .........................................................................................................7 
1.2. Экономическая целесообразность процессов переработки 
минерального сырья ...................................................................................13 
1.3. Понятия о методах и схемах обогащения........................................14 
1.4. Продукты и показатели обогащения руд .........................................21 
ГЛАВА 2. ПРОЦЕССЫ ПОДГОТОВКИ РУД К ОБОГАЩЕНИЮ.......25 
2.1. Теоретические основы процессов дробления .................................26 
2.2. Типы дробильных машин и аппаратов, принцип их действия.....31 
2.2.1. Щековые дробилки...............................................................33 
2.2.2. Конусные дробилки..............................................................48 
2.2.3. Валковые дробилки ..............................................................69 
2.2.4. Дробилки ударного действия ..............................................76 
2.3. Теоретические основы процессов измельчения..............................83 
2.4. Измельчительное оборудование........................................................93 
2.4.1. Шаровые мельницы..............................................................94 
2.4.2. Стержневые мельницы.......................................................103 
2.4.3. Мельницы самоизмельчения .............................................106 
2.5. Грохочение и классификация по крупности ................................ 110 
2.5.1. Определение гранулометрического состава руды и 
продуктов обогащения .................................................................111 
2.5.2. Грохочение. Основные принципы  и показатели.............116 
2.5.3. Классификация и конструкция грохотов..........................121 
2.5.4. Процессы классификации продуктов измельчения.........140 
2.6. Схемы рудоподготовки.................................................................... 149 
2.6.1. Схемы дробления и грохочения ........................................149 
2.6.2. Схемы измельчения и классификации..............................153 
2.7. Дезинтеграция и промывка ............................................................. 161 
2.7.1. Процессы дезинтеграции и промывки..............................161 
2.7.2. Аппараты для дезинтеграции и промывки.......................163 
ГЛАВА 3. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ........................ 168 
3.1. Классификация физических методов обогащения...................... 168 
3.2. Гравитационные методы обогащения ........................................... 168 
3 

3.2.1. Теоретические основы процессов гравитационного 
обогащения....................................................................................170 
3.2.2. Гидравлическая классификация........................................183 
3.2.3. Процесс отсадки. Отсадочные машины ...........................185 
3.3. Процессы обогащения в безнапорной струе воды, текущей 
по наклонной поверхности .....................................................................200 
3.3.1. Обогащение на шлюзах......................................................203 
3.3.2. Обогащение на винтовых и конусных сепараторах ........208 
3.3.3. Обогащение на концентрационных столах......................219 
3.4. Обогащение в центробежных концентраторах и сепараторах...233 
3.5. Обогащение в тяжелых суспензиях................................................238 
3.6. Технология гравитационного обогащения руд и россыпей.......249 
3.7. Магнитные методы обогащения.....................................................257 
3.7.1. Теоретические основы процессов магнитной 
сепарации ......................................................................................257 
3.7.2. Магнитные и электромагнитные сепараторы ..................262 
3.8. Электрические методы обогащения...............................................279 
3.8.1. Теоретические основы процессов электрической 
сепарации ......................................................................................279 
3.8.2. Электрические сепараторы................................................284 
3.8.3. Схемы электромагнитного и электрического 
обогащения....................................................................................293 
3.9. Специальные методы обогащения .................................................300 
ГЛАВА 4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ....307 
4.1. Теоретические основы процесса флотационного обогащения..309 
4.2. Флотационные реагенты и механизм их действия ......................320 
4.2.1. Реагенты-собиратели..........................................................322 
4.2.2. Реагенты-модификаторы....................................................337 
4.2.3. Реагенты-пенообразователи ..............................................349 
4.3. Флотационные машины, устройство, принцип действия, 
области применения.................................................................................352 
4.4. Основы технологии флотационного обогащения руд 
цветных металлов.....................................................................................379 
4.4.1. Факторы, влияющие на технологию флотации руд ........379 
4.4.2. Операции и схемы флотации.............................................382 
ГЛАВА 5. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ ..................................389 
5.1. Классификация вспомогательных процессов...............................389 
5.2. Процесс сгущения.............................................................................390 
5.3. Процесс фильтрования.....................................................................399 
4 

5.4. Процесс сушки. Устройство и принцип действия сушильных 
агрегатов.................................................................................................... 410 
5.5. Пылеулавливание ............................................................................. 415 
5.6. Очистка сточных вод и оборотное водоснабжение..................... 419 
ГЛАВА 6. КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ ОБОГАЩЕНИЯ....................... 423 
6.1. Опробование...................................................................................... 424 
6.2. Контроль и управление процессами обогащения........................ 428 
6.3. Учет на обогатительных фабриках ................................................ 429 
ГЛАВА 7. ПРАКТИКА ОБОГАЩЕНИЯ РУД И РОССЫПЕЙ 
ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ............................................................................ 431 
7.1. Технология медных и медно-пиритных руд................................. 432 
7.2. Обогащение медно-цинковых руд ................................................. 444 
7.3. Обогащение свинцовых, свинцово-цинковых и медно- 
свинцово-цинковых руд.......................................................................... 451 
7.4. Обогащение никелевых руд............................................................ 465 
7.5. Обогащение золотосодержащих руд и россыпей........................ 470 
7.6. Обогащение оловянных и вольфрамовых руд и россыпей........ 481 
7.7. Обогащение титансодержащих руд и россыпей.......................... 491 
7.8. Обогащение литиевых и бериллиевых руд................................... 495 
Библиографический список........................................................................ 502 
Приложение. Характеристика основных промышленных 
минералов руд цветных металлов.............................................................. 503 
Предметный указатель ................................................................................ 507 
 
5 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
Технология руд цветных металлов является составной частью 
процесса производства металлов. Исходными для этого производства 
являются минеральное и техногенное сырье, которое отличается 
большим разнообразием вещественного состава, содержанием в нем 
ценных компонентов, объемами и эффективностью его переработки.  
При переработке руд цветных металлов в настоящее время извлекается более 70 элементов Периодической системы Менделеева. Качество перерабатываемых руд и содержание в них металлов непрерывно снижаются. Руды в большинстве своем являются комплексными, полиметаллическими, содержащими несколько ценных минералов, совместное присутствие которых затрудняет или исключает 
применение металлургических процессов без предварительного разделения руд методами обогащения. 
Современное состояние технологии и техники обогащения позволяет вовлекать в переработку все новые виды минерального сырья, 
содержание в котором цветных и особенно редких металлов находится часто на грани рентабельности и требует применения наиболее 
совершенных технологических процессов и схем, оборудования, методов контроля. Осваиваются новые виды полезных ископаемых и 
техногенного сырья, повышается извлечение из них ценных компонентов. При первичной переработке руд часто применяются комбинированные процессы с использованием пиро- и гидрометаллургических методов. 
В учебнике приводится технологическая характеристика основных типов руд и минералов цветных и редких металлов. Даны теоретические основы процессов рудоподготовки – дробления и измельчения, грохочения и классификации, физических и физикохимических методов обогащения. Рассматриваются устройство и 
принцип действия основного обогатительного оборудования, применяемого на современных обогатительных фабриках. Приводятся схемы и реагентные режимы процессов обогащения основных типов руд 
цветных и редких металлов. 
 Учебник предназначен для студентов, обучающихся по направлению «Металлургия» по профилю «Металлургия цветных металлов», а также может быть рекомендован для студентов обучающихся 
по профилю «Обогащение полезных ископаемых и «Технология минерального сырья». 
6 

Степану Ивановичу Полькину – 
Ученому и Учителю 
ГЛАВА 1. РУДЫ И МИНЕРАЛЫ ЦВЕТНЫХ 
МЕТАЛЛОВ. ПРОЦЕССЫ ОБОГАЩЕНИЯ 
1.1. Характеристика основных типов руд  
и минералов цветных металлов 
Полезные ископаемые, или минеральное сырье, – это природные 
минеральные образования земной коры неорганического и органического происхождения, которые при современном состоянии техники 
и технологии могут с достаточной эффективностью применяться в 
народном хозяйстве в естественном виде или после предварительной 
обработки. 
По физическому состоянию полезные ископаемые, добываемые из 
недр земли, делятся на твердые (руда, угли, торф, нерудные полезные ископаемые), жидкие (нефть, минеральные воды) и газообразные (природные горючие и инертные газы). 
Совокупность полезных ископаемых, заключенных в недрах, составляет понятие «минеральные ресурсы», которые являются основой для развития таких важнейших отраслей промышленности, как 
энергетика, черная и цветная металлургия, химическая промышленность, производство строительных материалов. Ежегодно в мире добывается до 20 т горной массы на человека в год. Удвоение количества добываемой горной массы происходит каждые 8 – 10 лет. Из 
этого количества промышленностью используется только 30…40 %. 
В зависимости от области промышленного применения минеральные ресурсы подразделяются на следующие основные группы: 
топливно-энергетические (нефть, природный газ, ископаемый 
уголь, горючие сланцы, торф);  
рудные, являющиеся сырьевой базой для черной и цветной металлургии (железная и марганцевая руды, хромиты, бокситы, медные, 
свинцово-цинковые, никелевые, молибденовые, вольфрамовые, оловянные руды, руды редких и благородных металлов);  
горно-химическое сырье (фосфориты, апатиты, поваренная, калийные и магнезиальные соли, сера, барит, боросодержащие руды, 
бром- и иодсодержащие растворы);  
природные строительные материалы и нерудные полезные ископаемые, поделочные технические и драгоценные камни (мрамор, 
гранит, яшма, горный хрусталь, гранат, корунд и др.);  
7 

гидроминеральные (подземные пресные и минерализованные 
воды).  
Такая классификация минеральных ресурсов является условной, 
так как промышленное применение одних и тех же полезных ископаемых может быть различным, например, нефть и газ являются не 
только энергетическим топливом, но и сырьем для химической промышленности.  
Развитие мировой экономики постоянно сопровождается ростом 
потребления топливно-энергетических и других видов минерального 
сырья. Потребление цветных и легирующих металлов увеличилось за 
последние 100 лет в 3 – 5 раз. В ХХI в. будет продолжаться интенсивный рост потребления практически всех видов минерального сырья. Только в предстоящие 50 лет потребление нефти увеличится в 
2 – 2,2 раза, природного газа – в 3 – 3,2 раза, железной руды – в 1,4 – 
1,6, первичного алюминия – в 1,5 – 2, меди – в 1,5 – 1,7, никеля – в 
2,6 – 2,8, цинка – в 1,2 – 1,4, других видов минерального сырья – в 
2,2 – 3,5 раза. В связи с этим в ближайшие 50 лет объем добычи руд 
цветных металлов увеличится более чем в пять раз. 
В соответствии с вещественным составом металлические полезные ископаемые подразделяются на руды черных и цветных металлов. В свою очередь, руды цветных металлов – это руды, содержащие тяжелые цветные металлы (медь, свинец, цинк, никель), 
легкие цветные металлы (алюминий, магний), благородные металлы 
(золото, серебро, платина) и руды редких металлов. К последним относятся руды, содержащие легкие металлы (литий, бериллий, рубидий, цезий), тугоплавкие (титан, циркон, гафний, ванадий, ниобий, 
тантал, молибден, вольфрам, рений), рассеянные (галлий, индий, 
таллий, германий, селен, теллур), редкоземельные (скандий, иттрий, 
лантан, лютеций и др.) и радиоактивные (уран, торий, радий, полоний) металлы. 
Основным источником получения цветных и редких металлов являются руды, содержащие один или несколько цветных, редких и 
благородных металлов в виде природных минералов определенного 
состава и кристаллической структуры, являющихся естественными 
продуктами процессов, происходящих в земной коре. Иногда в рудах 
встречаются самородные металлы, такие как золото, серебро, платина, медь. Промышленные руды содержат ценные элементы в количествах, при которых их использование технически возможно и экономически целесообразно. Минералы, которые извлекаются из руды 
для их дальнейшего промышленного применения, называются цен8 

ными, или полезными, а те что не используются в данный момент, 
называются минералами вмещающих пород. Такое деление условно, так как один и тот же минерал в одном случае считается минералом вмещающих пород, а в другом он представляет собой промышленную ценность и извлекается. 
В подавляющем большинстве минералы – твердые тела, подчиняющиеся всем законам физики твердого тела. Реже встречаются 
жидкие, например самородная ртуть. В земной коре насчитывают 
около 3000 видов минералов и примерно столько же их разновидностей. Из природных минералов только 200 – 250 имеют промышленное значение; с производством цветных и редких металлов связаны 
немного более 40 минералов. Каждый минерал представляет собой 
природное соединение с присущей ему кристаллической структурой. 
Состав и кристаллическая структура определяют физические и химические свойства минералов, от которых зависит их поведение в 
процессах обогащения. Различают минералы кристаллические, 
аморфные – металлоиды (например, опалы, лимонит) и метамиктные, имеющие внешнюю форму кристаллов, но находящиеся в 
аморфном стеклоподобном состоянии. 
В природе наиболее распространены минералы класса силикатов – около 25 % от общего числа минералов; оксиды и гидроксиды – 
12  %, сульфиды – 13 %, фосфаты и арсенаты – 18 % и прочие – 32 %.  
По типу химических связей минералы подразделяются на простые 
(самородные) и составные. Помимо простых анионов S2–, О2–, ОH–, 
Cl– и др. в структуре минералов часто встречаются комплексные солеобразующие радикалы [СO3]2–, [SiO4]4–, [PO4]3– и др. В основу современной классификации минералов положены различия в типе химических соединений и кристаллических решеток.  
Минералы, содержащиеся в рудах цветных и редких металлов, 
можно разделить прежде всего на сульфидные и несульфидные. К 
сульфидным относятся минералы, представляющие собой природные соединения металлов и неметаллов с серой. Так, cульфидный 
минерал галенит PbS (свинцовый блеск) является основным свинцовым минералом; он содержит до 86 % свинца. Халькопирит СuFeS2 
содержит до 34 % меди, молибденит МоS2 – до 60 % молибдена. 
К несульфидным минералам относятся оксиды, силикаты, алюмосиликаты, карбонаты, фосфаты и др. Оксидами представлена значительная часть цветных и особенно редкометальных минералов, например куприт Сu2O, содержащий до 88 % меди, ильменит FeTiO3, 
cодержащий до 52 % диоксида титана, рутил TiO2, содержащий до 
9 

95…100 % диоксида титана. Последние два минерала являются основным источником получения титана. Олово извлекается в основном из касситерита SnO2, который содержит до 78 % олова.  
К силикатным относится самая большая группа минералов, залегающих в земной коре. В верхней мантии Земли они составляют до 
92 %. К ним относится основная масса минералов вмещающих пород, содержащихся в обогащаемых рудах, а также значительная 
часть минералов редких металлов (литиевых, бериллиевых и др.) 
Среди силикатов наиболее распространены полевые шпаты (в среднем 60 %) и кварц (12 %), который является одним из основных минералов вмещающих пород редкометальных руд. Он может извлекаться в самостоятельный концентрат и использоваться в производстве стекла и строительных материалов. Силикатный минерал меди – 
хризоколла CuSiO3·H2O содержит до 31 % меди. Циркон ZrSiO4 – 
основной минерал для получения циркония, его соединений, содержит до 67 % диоксида циркония и до 16 % диоксида гафния. 
К алюмосиликатам относится большая группа минералов редких 
металлов и минералов вмещающих пород. Алюмосиликаты лития 
(сподумен LiAl(SiO3)2) и бериллия (берилл 3BeO·Al2O3·6SiO2) являются основными минералами для производства лития и бериллия. 
Сподумен содержит до 8 % оксида лития, а берилл – до 14 % оксида 
бериллия. 
Карбонаты – группа широко распространенных минералов (более 80) – солей угольной кислоты. Наиболее известные из них – кальцит CaCO3, доломит FeCO3, малахит Cu2(CO3)⋅(OH)2, церуссит 
PbCO3, смитсонит ZnCO3 и др.  
К 
фосфатам 
относятся 
такие 
минералы, 
как 
апатит 
3Ca3(PO4)2·Ca(F,Cl)2, монацит ThPO4. 
В зависимости от количества ценных компонентов руды разделяются на моно- и полиметаллические. Из монометаллических руд 
извлекается только один ценный компонент, например медь, олово, 
молибден и т.п. Полиметаллические руды содержат два или более 
ценных компонентов (медь и цинк, свинец и цинк, медь и никель, 
молибден и вольфрам). В природе полиметаллические руды встречаются значительно чаще, чем монометаллические. Эти руды, как 
правило, комплексные, и даже извлечение из них попутных металлов 
становится 
экономически 
целесообразным. 
Например, 
медноцинковые руды содержат, как правило, в небольшом количестве золото, которое связано в основном с сульфидными минералами – 
халькопиритом и пиритом. Извлечение золота при последующей ме10