Пока всего лишь концентрат

Если вам доведется побывать на руднике, где добывают вольфрамовую руду, возьмите в руки небольшой ее обломок, ну, скажем, величиной с лимон. Чтобы достаточно убедительно представить себе, сколько же из него будет получено металла, сопоставьте отобранный кусок с горошинкой... Да, да, как правило, не более одного процента. Лишь в редких случаях - два процента, в редчайших - три.

Чаще всего разрабатываемые месторождения вольфрамовых руд запрятаны в очень прочной породе, на значительном удалении от поверхности. Ибо то, что было под рукой, давно уже взято. Вот и растут в глубину шахты, мало чем отличающиеся от угольных. Добычу ведут буровзрывным способом. По-иному к могучему граниту не подступиться. Бывает, на пути забоя повстречается подземная речка. Тогда и без того нелегкая работа горняков усложняется еще больше.

Но как же извлечь металл из руды?

Разумеется, первым делом необходимо отделить пустую, породу. Ну если не все 99 процентов ее, то для начала хотя бы большую часть. Вот эта операция и составляет суть процесса обогащения - целого самостоятельного производства, обязательного при добыче почти любого полезного ископаемого.

В результате этого важнейшего технологического процесса получается концентрат - обогащенная руда, содержащая во много раз большее количество добываемого продукта, и пустая порода. Надо сказать, что каждое месторождение непременно характеризуется своими индивидуальными особенностями, а поэтому и технология переработки (в том числе и обогатительные процессы) той или иной конкретной залежи всякий раз определяется отдельно.

Вольфрамовая руда поступает на обогащение в виде различных по величине кусков, которые прежде всего классифицируют - разделяют по крупности на отдельные партии. Затем в различного типа дробилках большие куски измельчают до размеров пшеничного зерна.

Наиболее грубую часть работы выполняют так называемые щековые дробилки. Вообразите себе увеличенные во сто крат щипцы, с помощью которых вы расправляетесь с крупными кусками сахара. Примерно по этому же принципу работает щековая дробилка, приводимая в движение мощным электромотором. Ведь приходится иметь дело с породой, во много раз более прочной, чем хрупкий сахар. Да и глыба материала, которую начинает колоть дробилка, по своим размерам, пожалуй, не уступит крупногабаритному телевизору.

Куски уже основательно измельченной руды поступают затем на молотковые дробилки. В корпусе их на вращающемся барабане насажено множество подпружиненных молотов-бил. Будто индийский бог Шива, выступающий в необычной роли многорукого кузнеца, дробят била попадающую под удар породу.

Применяются также и конусные дробилки. В этом случае материал ссыпается в постепенно сужающийся зазор, между двумя усеченными конусами. Причем наружный конус вращается, а внутренний остается неподвижным. Под действием собственной массы куски руды устремляются вниз к выходной решетке, но пока они не будут измельчены до размеров выходного сечения, выйти из перемалывающего жерла им не удастся.

Наконец, в последние годы особые симпатии обогатителей завоевала мельница "аэрофол". Конструкция ее подкупающе проста. Внутри короткой трубы диаметром в несколько метров наварены металлические полки. С одного торца в трубу поступает на измельчение материал. Цепляясь за полки, он успевает подняться на некоторую высоту, а затем, потеряв опору, низвергается вниз. При этом отдельные куски хаотически соударяются, безжалостно сокрушая друг друга. Иногда внутрь мельницы помещают шары из особо прочной стали. Падая вниз вместе с материалом, они еще более интенсивно измельчают его. В то же отверстие, что и материал, нагнетается ток горячего воздуха. Он подхватывает измельченный продукт и выносит его в окно, расположенное напротив. Любая, даже самая прочная порода на земле, включая граниты и базальты, не в состоянии остаться несокрушимой, побывав в жерле аэрофола.

Следующим после дробления процессом является сепарация (отделение) измельченной руды. Это может быть магнитная сепарация, основанная на взаимодействии магнитного поля с минеральными частицами, в разной степени обладающими магнитной проницаемостью. Например, вольфрамит, отличающийся большой магнитной проницаемостью, может быть выделен из рудной массы сравнительно легко. Попав в зону магнитного поля, он так же хорошо, как и большинство железных руд, притягивается магнитом.

А вот шеелит магнитной сепарацией выделить трудно. Этот минерал, подобно магнитному колчедану, сидериту, корунду, обладает весьма слабой магнитной восприимчивостью и не притягивается даже сильными магнитами.

Сепарация может быть электростатической. В основе ее лежит другое свойство минералов - электропроводность. Суть процесса состоит в том, что обогащенную руду, скажем вольфрамит, вводят в соприкосновение с электродом. Сухие (непременно!) зерна минералов величиной в 2-3 миллиметра отличаются от соседних лишь повышенным содержанием металла. Приобретая одноименный заряд с электродом, они стремятся отскочить от него. Остальная же масса остается незаряженной и не изменяет направления заданного ей движения.

К хорошим проводникам относятся самородное золото и серебро, серный колчедан и руды других сернистых металлов. Большинство жильных пород (кварц, известняк, порфирит, сланец) являются, наоборот, электроизоляторами.

Мы уже говорили, что нередко вольфрам и олово гнездятся сообща. Разлучают их так называемым выщелачиванием с помощью разбавленной серной кислоты. В течение нескольких суток она медленно, но верно растворяет олово, оставляя в обогащенной руде до 73 процентов трехокиси вольфрама или вольфрамового ангидрида. Из этих-то соединений уже на заводах-потребителях получают чистый металл.

Мы рассказали о сухих способах обогащения, весьма эффективных, когда имеешь дело с богатыми рудами. К сожалению, в земной коре таких руд сохранилось совсем немного. И с каждым годом их остается все меньше и меньше. Поэтому особое внимание ученых обращено на руды бедные. Здесь в качестве самого результативного обогащения, обеспечивающего хорошие экономические показатели, выступает процесс флотации или, как его называли раньше, всплывной процесс. Известно, что одни вещества хорошо смачиваются водой, другие - маслами. К числу первых относится рудный балласт (кварц, сланцы, известняки), а ко вторым - минералы, обладающие металлическим блеском (самородные металлы, сульфиды, большинство вольфрамовых соединений). Флотационный процесс и основан на использовании этих различных свойств веществ.

Руду можно флотировать только после тщательного измельчения (до такой примерно степени, как зубной порошок). Тут одним грубым дроблением не обойтись. Поэтому после дробилок материал доизмельчают в специальных мельницах.

Существует несколько типов помольных установок, способных довести конечный продукт до еле различимых крупинок диаметром менее 0,1 миллиметра. Особенно безотказно действует вихревая мельница. В ее рабочей камере вращаются два пропеллера, увлекающие за собой вихревые потоки воздуха с загруженными кусочками материала. Так как пропеллеры расположены один против другого, воздушные потоки на вылете сталкиваются. Частички материала бомбардируют друг друга, измельчаясь в пыль. Поток воздуха, организованный специально установленным вентилятором, подхватывает эту пыль и выносит ее в камеру осаждения.

Еще большую степень измельчения (тонину помола) обеспечивает вибрационная мельница. Размалывающими телами здесь, как и в аэрофоле, служат стальные шары, загруженные в барабан, опирающийся на стальные пружины и совершающий колебательные движения. Внутри мельницы находится эксцентриковый вал, который вращается и создает вибрационные нагрузки, достигающие 3000 колебаний в минуту. В такой вибрационной мельнице материал размалывается уже до невидимых в отдельности частиц. Крупность каждой из них составляет 0,005 миллиметра (человеческий волос в сравнении с такой частицей покажется едва ли не бревном).

Вот теперь наступает очередь флотации, которая в отличие от сепарации является мокрым процессом обогащения. Измельченный в пудру материал вместе с водой (такую смесь называют пульпой) подают в камеру флотационной машины и включают установленный внутри ее ротор (пропеллер). К перемешанной пульпе добавляют маслособиратели и особые химические вещества - пенообразователи, а затем сквозь пульпу пропускают поток вдуваемого в камеру воздуха. При этом образуется масса мелких пузырьков, которые всплывают на поверхность. К ним-то и прилипают невольные пассажиры - смоченные маслом частицы минералов, содержащих вольфрам. А частицы пустой породы намокают и, отяжелев, оседают на дно камеры.

Обогащенный концентрат скапливается на поверхности пульпы в беспокойно кипящем слое. Чтобы его окончательно отделить от руды, прибегают к такому же точно приему, что и домашние хозяйки, снимающие дуршлагом образующуюся в мясном бульоне пену.

Концентраты, полученные флотационным способом, обычно обезвоживаются в барабанных вакуум-фильтрах. И этот процесс можно смело сравнить с работой по приготовлению пищи. Только теперь уже с отжатием творога от процеженной через марлю молочной сыворотки. Разница в том, что в вакуум-фильтрах ненужную влагу удаляют не отжатием, а создающими сильное разрежение насосами.

Завершается процесс обогащения обжигом рудного концентрата в промышленных печах различной конструкции. При этом вольфрамит и шеелит не претерпевают сколько-нибудь существенных изменений. Зато из руды удаляются летучие соединения серы и мышьяка - недопустимые для дальнейшей переработки "попутчики". Иногда эти элементы изгоняются путем воздействия различных кислот.

Итак, вольфрамовый концентрат получен. Теперь перед ним, словно перед былинным богатырем на распутье, открываются две дороги, одна - к химическому заводу, другая - к металлургическому комбинату. Какую выберешь, такую судьбу и обретешь.