Обезвоживание продуктов обогащения и оборотное водоснабжение обогатительных фабрик

О. Е. Горлова, Н. Н. Орехова 
ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ПРОДУКТОВ ОБОГАЩЕНИЯ  
И ОБОРОТНОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ  
ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК 
Учебное пособие 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2022 
1 

УДК 622.794 
ББК  33.4 
Г67 
Рецензенты: 
доктор технических наук, профессор кафедры обогащения  
полезных ископаемых Уральского государственного  
горного университета Ю. П. Морозов; 
кандидат технических наук, технический специалист  
ООО «УралХимСервис» В. Ш. Галямов 
Горлова, О. Е. 
Г67  
Обезвоживание продуктов обогащения и оборотное водоснабжение 
обогатительных фабрик : учебное пособие / О. Е. Горлова, Н. Н. Орехова. – 
Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. – 236 с. : ил., табл.  
ISBN 978-5-9729-0895-0 
Рассмотрены вопросы обезвоживания продуктов обогащения, водоснабжения, хвостового хозяйства и организации оборотного водоснабжения на рудных 
обогатительных фабриках. Показаны основные процессы обезвоживания – дренирование, сгущение, фильтрование, сушка продуктов обогащения. Представлены конструкции применяемого оборудования и практика его применения, схемы 
обезвоживания различных продуктов обогащения и компоновка оборудования 
обезвоживающих установок. Приведены примеры реализованных проектов по 
глубокому обезвоживанию хвостов обогащения и рассмотрено применяемое 
для этих целей оборудование. 
Для студентов, обучающихся по специальности 21.00.00 «Горное дело» 
специализации «Обогащение полезных ископаемых». 
УДК 622.794 
ББК 33.4 
ISBN 978-5-9729-0895-0 
” Горлова О. Е., Орехова Н. Н., 2022 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
2 

СОДЕРЖАНИЕ 
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 6 
 
Раздел I. Обезвоживание продуктов на обогатительных фабриках ............... 8 
 
Глава 1. НАЗНАЧЕНИЕ И РОЛЬ ОПЕРАЦИЙ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ  
ПРИ ОБОГАЩЕНИИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ................................................ 
8 
1.1. Роль воды в обогащении полезных ископаемых 
.................................................. 
8 
1.2. Назначение операций обезвоживания и их классификация ............................... 
9 
1.3. Виды влаги и влагоудерживающая способность материалов 
.......................... 
11 
 
Глава 2. ДРЕНИРОВАНИЕ НА ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИКАХ ................ 17 
2.1. Общие сведения о дренировании ......................................................................... 
17 
2.2. Обезвоживание на дренажных складах ............................................................... 
18 
2.3. Обезвоживание в бункерах 
.................................................................................... 
20 
2.4. Обезвоживание в ковшовых элеваторах 
.............................................................. 
21 
2.5. Обезвоживание на грохотах и ситах .................................................................... 
23 
2.6. Обезвоживание в механических классификаторах 
............................................ 
27 
2.7. Интенсификация процесса дренирования 
........................................................... 
28 
 
Глава 3. ФИЛЬТРОВАНИЕ ПРОДУКТОВ ОБОГАЩЕНИЯ 
.............................. 30 
3.1. Общие сведения о фильтровании ......................................................................... 
30 
3.2. Основное уравнение фильтрования для несжимаемых осадков...................... 
32 
3.3. Кинетика процесса фильтрования ........................................................................ 
36 
3.4. Типы фильтровальных перегородок и требования, предъявляемые к ним.... 
38 
3.5. Факторы, оказывающие основное влияние на процесс фильтрования .......... 
41 
3.6. Классификация фильтров ...................................................................................... 
44 
3.7. Конструкции вакуум-фильтров 
............................................................................. 
45 
3.8. Схемы вакуумных фильтровальных установок ................................................. 
67 
3.9. Конструкции фильтр-прессов ............................................................................... 
73 
3.10. Фильтр-прессы зарубежных производителей 
................................................... 
84 
 
Глава 4. СГУЩЕНИЕ ПРОДУКТОВ ОБОГАЩЕНИЯ 
........................................ 92 
4.1. Общие сведения о сгущении ................................................................................. 
92 
4.2. Кинетика процесса сгущения ................................................................................ 
93 
4.3. Расчет сгустителей .................................................................................................. 
95 
4.4. Факторы, влияющие на процесс сгущения ......................................................... 
96 
4.5. Применение коагулянтов и флокулянтов в процессе сгущения 
...................... 
97 
3 

4.6. Классификация аппаратов для сгущения и осветления ..................................104 
4.7. Конструкции радиальных сгустителей ..............................................................105 
4.8. Сгущение в магнитных дешламаторах и на магнитных сепараторах 
...........110 
4.9. Сгущение в тонком слое ......................................................................................113 
4.10. Интенсификация процесса сгущения пульп в сгустителях  высокой 
производительности SUPAFLO .................................................................................117 
4.11. Сгущение в гидроциклонах и других аппаратах 
............................................123 
 
Глава 5. ТЕРМИЧЕСКОЕ ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ПРОДУКТОВ  
ОБОГАЩЕНИЯ 
....................................................................................................... 127 
5.1. Общие сведения о термической сушке 
..............................................................127 
5.2. Процессы влагообмена при сушке .....................................................................129 
5.3. Кривые сушки. Скорость сушки 
.........................................................................131 
5.4. Конструкции сушильных установок ..................................................................133 
 
Глава 6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ  
НА ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИКАХ ............................................................... 143 
6.1. Схемы обезвоживания 
..........................................................................................143 
6.2. Компоновка оборудования обезвоживающих установок ...............................149 
 
Раздел II. Хвостовое хозяйство и оборотное водоснабжение 
........................ 157 
 
Глава 1. Оборотное водоснабжение обогатительных фабрик 
........................... 157 
1.1. Водоснабжение и водоотведение на обогатительных фабриках ...................157 
1.1.1. Система водоснабжения ОФ ............................................................................157 
1.1.2. Сточные воды ОФ и система водоотведения ................................................159 
1.2. Схемы водоснабжения обогатительных фабрик ..............................................163 
1.3. Схемы оборотного водоснабжения обогатительных фабрик 
.........................166 
1.4. Кондиционирование вод в схемах оборотного водоснабжения ....................171 
1.4.1. Кондиционирование солевого состава .........................................................176 
1.4.2. Кондиционирование специфических неорганических примесей 
.............177 
1.4.3. Кондиционирование оборотных вод по содержанию органических 
примесей ......................................................................................................................182 
1.5. Примеры организации оборотного водоснабжения на обогатительных 
фабриках ........................................................................................................................184 
 
Глава 2. ХВОСТОВОЕ ХОЗЯЙСТВО ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК ......... 190 
2.1. Состав сооружений хвостового хозяйства ........................................................190 
4 

2.2. Характеристика хвостов 
.......................................................................................192 
2.3. Гидротранспорт хвостов ......................................................................................198 
2.4. Типы хвостохранилищ и способы их заполнения 
............................................199 
2.5. Выбор площадки под хвостохранилище ...........................................................204 
2.6. Хвостохранилища как очистные сооружения в системе оборотного 
водоснабжения 
..............................................................................................................206 
 
Глава 3. СГУЩЕНИЕ И СКЛАДИРОВАНИЕ ХВОСТОВ 
................................ 209 
3.1. Общие сведения о сгущении хвостов ................................................................209 
3.2. Пастовое сгущение хвостов 
.................................................................................211 
3.3. Фильтрование хвостов 
..........................................................................................216 
3.4. Реализованные проекты складирования сгущенных хвостов ........................218 
3.5. Оборудование для сгущения хвостов ................................................................226 
 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 
.................................................................... 232 
 
 
 
5 

ВВЕДЕНИЕ 
Вспомогательные процессы являются заключительными операциями в 
схемах переработки полезных ископаемых и предназначены для снижения 
влажности продуктов обогащения до кондиционного уровня, для гидравлического транспортирования и складирования отходов обогащения, осветления 
оборотных вод обогатительной фабрики, а также для пылеулавливания и 
очистки отходящих газов.  
Процессы обезвоживания продуктов обогащения по технологической и 
экономической значимости, а также по технической оснащенности оборудования, занимают одно из основных мест в переработке минерального сырья. На 
современных обогатительных фабриках затраты на разделение твердой и жидкой фаз составляют существенную долю общих капитальных и эксплуатационных затрат и достигают до 30 % общей стоимости переработки, поэтому процессам обезвоживания в настоящее время уделяется особое внимание во всем 
мире. Уровень развития технологии обезвоживания и оборудования на протяжении последних десятилетий существенно вырос. Появилось целое поколение 
нового высокоэффективного, полностью автоматизированного оборудования 
для сгущения, фильтрования, которое широко внедряется как при строительстве новых фабрик, так и при реконструкции существующих.  
С процессами обезвоживания продуктов обогащения тесно связаны вопросы организации оборотного водоснабжения на обогатительных фабриках, так 
как отделяемая от продуктов обогащения вода возвращается на фабрику и используется в качестве оборотной в технологическом процессе. В современных 
условиях роста себестоимости обогащения и цен на энерго- и материальные ресурсы сокращение издержек производства за счет рациональной организации 
складирования хвостовой пульпы и оборотного водоснабжения приобретает все 
большее значение. Одним из перспективных и активно развивающихся направлений в энергосбережении процесса складирования отходов является сгущение 
хвостовой пульпы с организацией частичного или полного водооборота на фабрике. 
Сгущение хвостовой пульпы позволяет снизить потребление электроэнергии и эксплуатационные расходы на хвостовое хозяйство за счет уменьшения 
количества перекачиваемой пульпы и сокращения числа насосов с уменьшением диаметра трубопроводов и соответственно стоимости; а также возможно 
осуществлять закладку отработанных пространств карьеров и шахт сгущенными хвостами. Сегодня в мировой практике строительства горно-обогатительных 
комплексов преобладают решения с организацией внутрифабричного оборота с 
глубоким сгущением всей хвостовой пульпы, а в некоторых случаях и с фильтрованием хвостов.  
Сегодня эффективность процессов обезвоживания продуктов обогащения, 
транспортировании и складировании хвостов, организации оборотного водоснабжения должна рассматриваться в широком смысле – как завершающих 
цикл переработки минерального сырья, как ресурсосберегающих и природоохранных. 
6 

Целью учебного пособия является ознакомление студентов с теоретическими основами, современным состоянием, актуальными проблемами и достижениями в области обезвоживания продуктов обогащения на отечественных и 
зарубежных рудных обогатительных фабриках, а также с организацией хвостового хозяйства, оборотного водоснабжения, сгущения хвостов и внутрифабричного водооборота на горно-обогатительных комбинатах.   
7 

РАЗДЕЛ I. ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ПРОДУКТОВ  
НА ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИКАХ 
 
ГЛАВА 1. НАЗНАЧЕНИЕ И РОЛЬ ОПЕРАЦИЙ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ  
ПРИ ОБОГАЩЕНИИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ 
 
1.1. Роль воды в обогащении полезных ископаемых 
 
Обогащение полезных ископаемых в большинстве случаев производится в 
водной среде и на обогатительных фабриках наиболее распространены так называемые мокрые процессы обогащения, в которых раскрытие и разделение минеральных компонентов происходит в водной среде. К ним относятся мокрое измельчение с последующей гидравлической классификацией, большинство гравитационных и магнитных процессов, флотация, гидрометаллургическая переработка руд и концентратов. При измельчении и классификации вода служит 
транспортирующей и разделительной средой. Роль воды при гравитационном 
обогащении заключается в разделении смеси минеральных зерен по плотности в 
регулируемых потоках и в создании сред заданной плотности. Для обогащения 
слабомагнитных железных руд (гематитовых, мартитовых) основными являются 
мокрые гравитационные процессы – обогащение на отсадочных машинах, концентрационных столах, винтовых сепараторах. 
Больших объемов воды требует промывка глинистых железных и марганцевых руд. Для магнетитовых руд преобладающим способом обогащения является мокрая магнитная сепарация. На углеобогатительных фабриках вода расходуется на промывку углей, для отсадки и флотации, а также для транспортирования шламов. Процесс пенной флотации, получивший в последние годы 
наиболее широкое распространение для обогащения различного минерального 
сырья, также осуществляется в водной среде. 
В процессах обогащения вода в определенном соотношении к массе твердого материала проходит через весь технологический цикл обогатительной 
фабрики. Для получения наиболее высоких показателей разделения каждую 
технологическую операцию проводят при определенном отношении жидкого к 
твердому. Расход воды при обогащении полезных ископаемых зависит от геолого-минералогической характеристики исходного сырья и его обогатимости, 
от принятого процесса обогащения, сложности технологической схемы, конечной крупности получаемых продуктов. В среднем расход воды только на технологические нужды изменяется в пределах 3–6 м3 на 1 т обогащаемой руды и 
достигает 15–17 м3/т на фабриках с развитой гравитационной схемой. Такая вода называется технологической или производственно-технологической. 
Вода является универсальным средством для транспортирования продуктов обогащения по трубопроводам и желобам, например, из операции в операцию, из аппарата в аппарат. Значительные объемы воды расходуются на транспортирование отвальных хвостов в хвостохранилища. 
Кроме того, на обогатительных фабриках вода расходуется для охлаждения подшипников оборудования, в мокрых пылеуловителях для очистки дымо8 

вых газов сушильных отделений и воздуха от пыли, для смыва просыпей конвейеров, промывки оборудования, уборки помещений и т.п. 
Выделяют также хозяйственно-питьевую или хозяйственно-бытовую воду, 
применяемую для питья, гигиенических целей, в душевых, коммунальнобытовых сооружениях, в системах отопления, для тушения пожаров и пр. 
 
1.2. Назначение операций обезвоживания и их классификация 
 
В результате обогащения с использованием мокрых процессов продукты 
получаются сильно обводненными и в таком виде не могут быть отправлены 
на дальнейшую переработку, например, в металлургический передел, на окатышкование или брикетирование. Кроме того, излишняя влага в концентратах 
удорожает их перевозку и хранение, уменьшает их сыпучесть, повышает вероятность смерзания в зимнее время. Поэтому для удаления избыточной влаги (воды) из полезного ископаемого и продуктов обогащения применяют ряд 
операций, называемых в общем случае обезвоживанием. 
Обезвоживанием называют совокупность процессов удаления воды из 
обводненных продуктов обогащения. 
Обезвоживание является заключительным этапом в технологической цепочке обогатительной фабрики и обеспечивает получение товарных концентратов не только с требуемой массовой долей ценного компонента, но и кондиционных по содержанию влаги. Необходимость операций обезвоживания диктуется рядом причин.  
Во-первых, требованиями на влагу (кондициями) последующего передела 
концентрата – металлургического, химического и других производств.  
Например, для железорудных концентратов их влажность, наряду с массовой долей железа, является показателем качества концентрата, так как существенно влияет на качество производимых окатышей и агломерата. 
Показателем, по которому оценивается качество обезвоживания, является 
влажность. Влажность – отношение массы воды в продукте к массе влажного 
продукта. Влажность определяется по формуле:  
 
,%
100
˜

 
G
W
W
w
 
(1.1) 
где W – масса воды в продукте; G í масса сухого продукта. 
 
Содержание влаги в концентратах регламентируется ГОСТ и ТУ и должно 
быть в пределах: 
– для магнетитовых концентратов на окомкование для получения офлюсованных окатышей – 9,5 %; 
– для магнетитовых концентратов на окомкование для получения неофлюсованных окатышей – 8,5 %; 
– для магнетитовых концентратов, идущих на агломерацию, – 10 ÷ 10,5 %; 
– для концентратов цветных металлов, поступающих в плавку, – 5÷10 %; 
– для угля, идущего на коксование, – 7÷8 %; 
– для угля, идущего на брикетирование, – 12÷15 %; 
9 

– для апатитовых, полевошпатовых и некоторых других нерудных концентратов – 1÷1,5 %. 
 
Во-вторых, обезвоживание продуктов обогащения необходимо для улучшения условий их транспорта и хранения концентратов. При этом содержание 
влаги в концентратах зависит от их крупности, времени года, климатических 
условий района. В зимнее время предельное содержание влаги в концентратах 
должно быть минимальным, чтобы они не смерзались при транспортировке, так 
как это затрудняет разгрузку концентратов из железнодорожных вагонов, увеличивает простои транспорта, и в целом удорожает стоимость перевозок. В 
летнее время предельно допустимая влажность должна быть выше, чтобы снизить потери концентратов за счет пыления и просыпей при транспортировании 
их в открытых вагонах. Например, для карагандинских углей предельная влажность в зимнее время 7,5 %, в летнее – 10,5 %, для апатитового концентрата – в 
зимнее время 1 %, в летнее – 1,5 %. 
В-третьих, в зависимости от минерального состава полезного ископаемого и принятой схемы обогащения операции обезвоживания могут занимать различное место в технологической схеме. Если технологией предусмотрены 
пневматические, радиометрические или электрические методы обогащения, а 
поступающее сырье содержит избыток влаги, то его предварительно сушат. 
Например, асбестовую руду сушат перед пневматическим обогащением, а черновые концентраты руд редких металлов í перед их доводкой электрической 
сепарацией. 
В-четвертых, часто операции сгущения и дешламации находятся в середине технологической схемы обогащения, если из продуктов необходимо удалить часть воды перед последующей операцией, в которой процент твердого 
должен быть выше. На флотационных фабриках при обогащении полиметаллических руд сгущению подвергают коллективные концентраты флотации с содержанием твердого 35–40 % перед их доизмельчением, где необходима плотность пульпы 60–70 % твердого. На магнито-обогатительных фабриках операция дешламации служит и для удаления тонких породных шламов в слив, и для 
сгущения разбавленных пульп и обеспечения оптимального разжижения в последующей операции мокрой магнитной сепарации. 
В-пятых, отделяемая от продуктов обогащения вода используется в качестве 
оборотной. Осветление оборотной воды, то есть снижение содержания в ней частиц твердой фазы до необходимого уровня, позволяет использовать воду в технологическом процессе многократно. Применение оборотного водоснабжения на 
обогатительных фабриках позволяет значительно экономить свежую воду, снижая ее удельный расход с 12 до 0,7 м3/т, и предотвращает загрязнение водоемов, 
используемых для хозяйственно-питьевых целей, нужд рыбного хозяйства, то 
есть решает природоохранные задачи. Хвосты обогащения обезвоживают для 
удобства их складирования, уменьшения емкости хвостохранилищ и получения 
оборотной воды для технологических нужд. Обогатительные фабрики – крупные 
потребители воды, и возврат в производство оборотной воды имеет большое значение для сбережения водных ресурсов. 
10