ПОКАЗАТЕЛИ ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Обогащением полезных ископаемых называют совокупность процессов первичной обработки минерального сырья с целью разделения минералов, содержащих ценный компонент (а при необходимости – и взаимное разделение минералов ценных компонентов) и минералов вмещающей породы. Процессы обогащения основаны на использовании различий в физических и физико-химических свойствах разделяемых минералов: удельном весе, магнитной восприимчивости, смачиваемости водой, электропроводности, крупности, форме, цвете, блеске, коэффициенте трения, и т.д. Традиционно считается, что в процессе обогащения не происходит изменения химического состава и структуры минералов, т.е. обогащение полезных ископаемых является совокупностью процессов «механической» обработки минерального сырья. В то же время процессы обогащения могут включать операции, при которых происходят такие изменения – магнетизирующий обжиг перед магнитной сепарацией, выщелачивание с последующей цементацией и флотацией и др.
В результате обогащения полезного ископаемого получается несколько продуктов: концентраты, промежуточные продукты и хвосты (рис.1.1, а).
| а Исходная руда Обогащение К-т промежуточный продукт хвосты | б 
|
| Рис. 1.1. Схема обогащения: а – принципиальная схема; б – качественно-количественная |
Концентратом называют продукт обогащения с преимущественным или повышенным сравнительно с рудой содержанием полезных компонентов (минералов, металлов или элементов). При обогащении многокомпонентных полезных ископаемых обычно получают два или несколько концентратов. В этом случае концентрат называется по основному компоненту (минералу, металлу или элементу), например, баритовый, свинцовый или серный концентраты.
Хвостами называют отходы обогащения, содержащие преимущественно минералы вмещающей породы и незначительное количество полезных компонентов, извлечение которых при современном уровне обогащения затруднено или экономически невыгодно.
Промежуточные продукты (промпродукты) – продукты, занимающие промежуточное положение по содержанию ценных компонентов между концентратом и отходами и, как правило, подвергающиеся дальнейшему обогащению.
Для количественной оценки результатов обогащения того или иного полезного ископаемого применяют различные технологические показатели обогащения. Технологические результаты обогащения полезного ископаемого нельзя оценить при помощи одного какого-либо показателя. Необходимо учитывать несколько основных показателей, характеризующих процесс обогащения в целом.
Основные технологические показатели, относящиеся к продуктам обогащения:
Q, Q к, Q хв – масса соответственно исходного материала, концентрата и хвостов, т/час, т/сут., т/год;
P, P к, P хв – масса ценного компонента соответственно в исходной руде, в концентрате, в хвостах, т/час;
α (альфа), β к (бета), β хв (θ (тета)), β м – массовая доля компонента соответственно в исходном сырье, в концентрате, в хвостах и в минерале, % или доли единицы;
γк, γхв. (гамма) – выход концентрата и выход хвостов, % или доли единицы;
εк, εхв. (э псилон) – извлечение компонента в концентрат и хвосты, % или доли единицы.
Основные технологические показатели, относящиеся к операции обогащения:
К – степень концентрации полезного компонента, достигаемая при обогащении;
R – степень сокращения, достигаемая при обогащении;
E – эффективность обогащения, %.
Показатели обогащения характеризуют техническое совершенство технологического процесса, принятого на фабрике. Чем выше массовая доля ценного компонента в концентрате, его извлечение и показатели степени обогащения и сокращения, тем выше эффективность обогащения данного полезного ископаемого.
Схема, на которой отражены все операции обработки полезного ископаемого с указанием количества и качества всех продуктов называется качественно-количественной схемой (рис.1.1, б).
Количество полученных продуктов характеризуется их выходом (γ), т.е. отношением массы полученного продукта к массе переработанной исходной руды:
, 
. (1.1)
Выход концентрата определяют непосредственно взвешиванием продуктов обогащения или же его рассчитывают по содержанию ценного компонента в исходном сырье, концентрате и хвостах.
Качество продуктов обогащения определяется массовой долей в нем полезного компонента и примесей, гранулометрическим составом, влажностью. Требования к качеству концентратов называются кондициями.
Массовой долей компонента (b) называется отношение массы компонента к массе продукта, в котором он находится:
, 
, 
. (1.2)
Массовая доля компонента обычно определяется химическим анализом и выражается в процентах, в долях единицы или в граммах на тонну (г/т) для драгоценных металлов.
Извлечением компонента в продукт обогащения (ε) называется отношение массы компонента в продукте к массе этого же компонента в исходной руде:
, 
. (1.3)
Извлечение – показатель, определяющий, какая часть массы ценного компонента, содержащегося в исходной руде, перешла в концентрат или другой продукт обогащения. Извлечение ценного компонента в хвосты определяет потери ценного компонента при обогащении.
Эффективность обогащения (E) характеризует степень приближения реального процесса обогащения к идеальному. Под «идеальным» (теоретически достижимым) обогащением подразумевается механическое разделение смеси минералов с выделением мономинерального продукта. Из смеси, например, кварца SiO2 и магнетита Fe3O4 при идеальном обогащении в концентрат будет выделяться только магнетит (извлечение магнетита в концентрат – 100%), а весь кварц перейдет в хвосты. При этом извлечение ценного компонента (Fe) в концентрат будет 100%. В случае идеального обогащения, когда концентрат состоит только из извлекаемого минерала, массовая доля ценного компонента в концентрате будет равняться массовой доле компонента в этом минерале. Это предельно возможное (максимальное, теоретически возможное) качество концентрата. Массовая доля компонента X в минерале XnYm рассчитывается по формуле:
, (1.4)
где X, Y – компоненты минерала;
n, m – число атомов компонентов в минерале;
A(X) – атомная масса компонента X, г/моль;
M(XnYm) – молярная масса минерала, г/моль.
Чем больше практические результаты приближаются к теоретическим, тем выше техническая эффективность процесса.
Эффективностью обогащения называется отношение приращения массы ценного компонента в концентрате при реальном обогащении к приращению массы концентрата при идеальном обогащении, когда в концентрат выделяется только минерал ценного компонента. Приращение массы ценного компонента в концентрате вычисляется как разность между массой компонента в концентрате и массой компонента в исходном материале, взятом в количестве, равном весу концентрата:
масса компонента в концентрате: 
; (1.5)
масса компонента в исходном материале, взятом в количестве, равном весу концентрата: 
; (1.6)
приращение массы компонента при реальном обогащении:
; (1.7)
приращение массы компонента при идеальном обогащении:
, (1.8)
где Qи – масса концентрата, получающегося при идеальном обогащении.
Эффективность обогащения:
(1.9)
Заменим массы концентратов их выходами. Масса концентрата равна произведению его выхода на массу исходного материала. Выход концентрата при идеальном обогащении равен массовой доле ценного минерала в исходном материале:
(1.10)
Тогда эффективность обогащения:
(1.11)
Другой вид этой формулы:
. (1.12)
В формуле (1.12) знаменатель 
представляет собой содержание вмещающей породы в исходном сырье и для определенной руды будет величиной постоянной. Поэтому иногда для определения эффективности обогащения можно пользоваться упрощенным выражением
. (1.13)
Эффективность процессов обогащения характеризуется также степенью концентрации (или степенью обогащения) и степенью сокращения.
Степенью концентрации или степенью обогащения (К) называется отношение массовой доли полезного компонента в концентрате к массовой доле его в исходном сырье:
. (1.14)
Степень концентрации показывает, во сколько раз увеличилась массовая доля полезного компонента в концентрате по сравнению с массовой долей его в исходном сырье. Чем выше степень концентрации и извлечение, тем выше эффективность процесса обогащения.
Степенью сокращения (R) называют величину, обратную выходу концентрата:
. (1.15)
Степень сокращения показывает во сколько раз масса концентрата меньше массы сырья, из которого он получен.