CC BY
158
УДК 622.270
АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ОБОГАЩЕНИЯ РУДЫ
С.А.Царев1, Ю.Б.Хорохонов2
1Читинский государственный технический университет, 672039, г. Чита, ул. Александро-Заводская, 30. 2Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Описаны условия, общая схема и методы предварительного обогащения рудной массы. Определено перспективное направление предварительного обогащения руды - рентгенорадиометрическая сепарация (РРС). Она позволяет распознавать и выделять полезные компоненты и пустую породу. Метод РРС может сопровождать эксплуатацию месторождений бедных и забалансовых руд и способен повысить эффективность работы действующих и проектируемых предприятий. Ил.1. Табл. 1. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: методы рудосортировки; обогащение; порода; руда; рентгенорадиометрическая сепарация.
THE ANALYSIS OF METHODS OF ORE PRE-CONCENTRATION S.A. Tzarev, Y.B. Horohonov
Chita State Technical University, 30 Alexandr-zavodskaya St., Chita, 672039. Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The authors describe conditions, a general layout and methods of pre-concentration of ore mass. They determine a promising trend in the ore pre-concentration- it is X-ray radiometric separation (XRS). It enables to distinguish and release useful components and brood. The XRS method can follow the development of deposits of base ores and pulp ores and is able to increase the working efficiency of operating enterprises and enterprises being designed. 1 figure. 1 table. 5 sources.
Key words: methods of ore sorting; concentration; rock (bed); ore; X-ray radiometric separation.
Современные условия освоения месторождений полезных ископаемых характеризуются устойчивой тенденцией к снижению содержания полезных компонентов в геологической руде и усложнению горногеологических и горнотехнических условий их разработки. Это обусловливает существенную потерю качества (ценности) добываемой руды и ведёт к ухудшению технико-экономических показателей действующих и проектируемых горноперерабатывающих предприятий. При этом ряд месторождений вообще не вовлекается в отработку вследствие их низкой или отрицательной рентабельности. Невостребованными остаются многомиллионные отвалы бедных и забалансовых руд.
Использование традиционных технологий добычи и обогащения не позволяет на многих месторождениях добывать руду в объёме и с качеством, обеспечивающими рентабельную работу предприятия, а также вовлекать в отработку участки месторождений и отвалы с бедными и забалансовыми рудами. Всё меньше остаётся легкообогатимых руд, всё чаще предприятия вынуждены вовлекать в переработку комплексные труднообогатимые и упорные руды, при переработке
которых актуальными становятся удаление пустой породы и необходимость разделения на технологические типы и сорта.
Решить проблему вовлечения в освоение низкорентабельных месторождений, отвалов бедных и забалансовых руд, а также повысить эффективность работы предприятий на эксплуатируемых месторождениях, как показывает практика, возможно за счёт широкого внедрения предварительного обогащения.
Применение сортировки добытой рудной массы определяется экономической целесообразностью и технологическими характеристиками руды. В мировой и отечественной практике используется рудосорти-ровка различных полезных ископаемых с широким диапазоном содержания полезных компонентов на предприятиях с различной производительностью. На руднике "Робинсон Дип" (ЮАР) при производительности 1 400 тыс.т. с содержанием 8,23 г/т отсортировывали от 16,6 до 25% породы, что увеличило содержание в руде, поступающей на переработку, на 21%; на руднике "Моро Вельхо" (Бразилия) производительностью 250 тыс.т, содержанием 14,4 г/т рудосортировкой удаляли до 5% пустой породы, что обеспечивало по-
1Царев Сергей Алексеевич, докторант, кандидат технических наук, тел./факс: (3022)261459, (3022)264393, e-mail: tsarev15@mail.ru
Tzarev Sergey Alexeevich, a competitor for a doctor's degree, a candidate of technical sciences, tel./fax: (3022)261459, (3022)264393, e-mail: tsarev15@mail.ru
Хорохонов Юрий Борисович, кандидат технических наук, профессор кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, тел.: 89086615150, e-mail: horohonov@istu.edu
Horohonov Yuriy Borisovich, a candidate of technical sciences, a professor of the Chair of Mining of Mineral Deposits, tel.: 89086615150, e-mail: horohonov@istu.edu_
вышение содержания в руде на 8,6%; на руднике "Чемпион Риф" (Индия) производительностью 150 тыс.т., содержанием 15,3г/т, рудоразборкой удалили до 8% примешанной при добыче породы (содержание в руде подняли на 10%); на руднике "Аляска-Джюно" производительностью 4 млн.т., содержанием 1,3 г/т, перед фабрикой отсортировано 40% пустой породы с повышением содержания в руде на 42% и т.д. [1].
Сортировка руды эффективна для предприятий, находящихся в удалённых районах, где сокращение количества обрабатываемого тоннажа без уменьшения производительности фабрики имеет большое экономическое значение.
На предприятиях России и СССР рудосортировкой удаляли от 5 до 85% пустой породы. Так, на Качкар-ском руднике отсортировывалось от 5 до 25%, в ГОКе "Балейзолото" - 10-20%, на Первомайском руднике -20%, объединении "Мамслюда" до - 80-85% и др. [1,2].
В мировой и отечественной практике при разработке месторождений полезных ископаемых используются различные виды предварительного обогащения (предварительная концентрация) добываемой руды:
- ручная рудоразборка;
- сортировка на грохотах;
- разделение в тяжёлых средах;
- сортировка при взрывных работах;
- радиометрическая сепарация.
Ручную рудоразборку (сортировку) применяют достаточно широко. Способ основан на сортировке материала по крупности куска и цветовым признакам. Хорошие результаты даёт сортировка руд, в которых минеральное вещество представлено в форме крупных включений в жильной массе, например, при разработке рудных месторождений олова, вольфрама, молибдена , слюды и т. п .
При ручной рудосортировке выданную руду, как правило, подвергают грохочению. Мелочь класса -50 мм отправляют на фабрику. Материал класса +50 мм поступает на движущийся конвейер или на вращающиеся рудоразборные столы диаметром от 4 до 7 метров для ручной выборки. Основное достоинство способа - простота как в техническом оснащении, так и в организации работ.
Сортировку на грохотах можно применить, если существует зависимость содержания полезного компонента во фракции от определенного размера кусков породы (руды). Такое разделение создают искусственно при производстве взрывных работ на маломощных рудных телах, реже - вследствие природных различий руды и вмещающих пород.
Если мощность жилы становится меньше допустимой ширины рабочего пространства, то вместе с жильной массой отбивают вмещающие породы. При этом объём пустой породы может превосходить объём отбиваемой руды в несколько раз. Тогда рудосорти-ровку возможно производить в забое. Данная операция становится целесообразной для систем разработки с раздельной выемкой руды, с распорной крепью (в вариантах наличия или отсутствия рудных (породных) скатов, а также при системе с закладкой выработанного пространства). Однако вследствие плохой освещённости, загрязнённости и стеснённости очистного пространства основной объём сортировки должен осуществляться на поверхности на грохотах.
Технологическая схема предварительного обогащения представлена на рисунке.
Метод достаточно прост, но сравнительно эффективно может быть применён в весьма ограниченных случаях. К тому же данный метод не позволяет контролировать содержание полезного ископаемого в отсортировываемой горной массе в процессе выпол-
Очистной забой
V
Сортировка в забое (ручная, взрывосортировка)
V
Порода в закладку
V
Рудосортировка на поверхности (грохочение, ручная, в тяжёлых средах, РРС)
V
Отсортированная руда
Пор ода в отвал
V
Рудная мелочь
V
V
Руда на фабрику
Общая схема предварительного обогащения
нения работ. Более широкое его применение, возможно, производится в сочетании с другими способами предварительного и основного обогащения.
Ручная сортировка и сортировка на грохотах часто технологически дополняют друг друга и используются совместно.
Отделение примешанных в процессе добычи пустых пород от полезного ископаемого при предварительном обогащении в тяжёлых средах основано на различной плотности разделяемых компонентов и тяжёлой среды. Метод может быть применён для руд чёрных и цветных металлов, фосфатных руд, строительного щебня и для всех видов твёрдых горючих ископаемых (углей, антрацитов, сланцев).
Сущность процесса заключается в том, что компоненты добытого полезного ископаемого различаются по объёмному весу и при погружении в среду промежуточной плотности получается две фракции (осевшая и всплывшая), в одной из которых сосредотачиваются полезные минералы, а в другой - пустая порода. Сортировке подвергается материал от 6 до 300 мм. Суспензии готовят из смеси тонкоизмельчённых твёрдых частиц и воды. Плотность суспензии регулируется концентрацией в ней утяжелителя. Для снижения вязкости и улучшения свойств суспензий используется гранулированный ферросилиций, а также вводятся специальные химические реагенты - стабилизаторы или пептизаторы [5].
Для предварительной сортировки рудной массы метод предварительного обогащения в тяжёлых средах практически не находит применения по ряду причин: использование водных растворов требует в холодное время наличия отапливаемых помещений значительного объёма; относительно высокая стоимость суспензий; незначительная, в большинстве случаев, разница плотности руды и разубоживающих пород; повышенная экологическая опасность для окружающей среды в связи с использованием в процессе токсичных тяжёлых сред и необходимость их регенерации.
Сортировка при взрывных работах (очистной добычи) производится в местах добычи руды посредством специально разработанной технологии буровзрывных работ. Схемы расположения шпуров и конструкции зарядов в шпурах для руды и породы разные, вследствие чего при производстве взрывных работ руда и порода размещаются в очистном пространстве в разных местах. Это происходит в результате максимальной концентрации заряда взрывчатого вещества (ВВ) в породной части забоя и минимальной концентрации ВВ в жиле. При опережающей детонации шпуровых зарядов в породе применяют взрыв на выброс породы и разрыхление жильного материала, вследствие чего образуются два отдельно располагаемых навала горной массы: породный и рудного. Руду выдают на поверхность, а порода может быть
оставлена в выработанном пространстве, выдана на поверхность, направлена в закладку или использована в других целях. Данный вид сортировки на стадии очистной добычи по своей сути более совершенен и направлен, в первую очередь, на снижение разубожи-вания. Область применения при подземной добыче та же что и при сортировке на грохотах. Вследствие необходимости постоянного контроля параметров буровзрывных работ в изменяющихся горно-геологических условиях и сложности его использования при разработке месторождений, представленных разносортными рудами, находит весьма ограниченное применение [3].
Радиометрические методы сепарации основаны на использовании различных видов излучения для распознавания ценных компонентов в кусках полезных ископаемых: естественная радиоактивность, световое, рентгеновское, ядерное и электромагнитное излучения различных диапазонов. Широко распространены эти методы в урановой и алмазной промышленности где применяются сепараторы, работающие по естественной радиоактивности и рентгенолюминесценции полезных минералов.
В результате научно-исследовательских и опытно-промышленных работ, которые проводились в разных странах мира, в том числе и в России, в течение последних пятидесяти лет создалось целое направление в технологии обогащения. С развитием радиометрических методов обогащения руд выделился метод рентгенорадиометрической сепарации (РРС) [4].
Рентгенорадиометрическая сепарация относится к новым высокоэффективным, экологически чистым и низкозатратным технологиям. Промышленное ее освоение насчитывает всего около 10 лет.
Метод основан на зависимости интенсивности рентгеновской флуоресценции от концентрации химического элемента в образце (в частности в куске горной породы). При облучении исследуемого материала потоком излучения рентгеновской трубки возникает характеристическое флуоресцентное излучение атомов, пропорциональное их концентрации в образце. Излучение регистрируется детектором и с помощью счетной электроники измеряется его интенсивность. Математическая обработка спектра позволяет оценить количественный и качественный состав материала.
Как показали исследования и испытания, рентге-норадиометрическая сепарация (РРС) применима для самых разнообразных полезных ископаемых: руд цветных, редких и драгоценных металлов, полиметаллов, кварцитов, угля, отходов металлургического производства (шлаки, футеровка) и др. [4].
В таблице приведён перечень некоторых объектов внедрения метода РРС, показывающий диапазон его использования.
Основные объекты внедрения технологии РРС
№ п/п Объекты испытания и внедрения технологии РРС Месторождение, вид руды, материала Время внедрения, г. Кол-во установок
1 Рудник "Холбинский", ОАО "Бурятзолото", Бурятия Зун-Холбинское, золотосодержащие забалансовые руды 1994-1995 2
2 НГМК, (Узбекистан) Кокпатас, золотосодержащие руды 1996-1998 4
3 ООО "Соврудник", Красноярский край Эльдорадо, золотосодержащие руды 1999-2000, 2000-2001 2 2
4 ЗАО "Руда", Чукотка Каральвеем, золотосодержащие руды 1999-2002 3
5 ООО "А/с Чукотка", Чукотка Сыпучее, Северо-восточное, Валунистое, золотосодержащие руды 2000-2001 2
6 ОАО "Высочайший", Иркутская обл. Верное, золотосодержащие руды 2001-2003 1
7 ОАО ТНК "Казхром", Казахстан Туровское, марганцевые руды 2000-2001 5
8 ОАО ТНК "Казхром", Завод ферросплавов, Казахстан шлаки ферросплавного производства 1999-2006 7
9 ЗАО "ГДК Хром", Башкирия хромовые руды 2002-2003 3
10 Рудник "Черемшанский", Бурятия Черемшанское, кварциты 2001-2002 2
11 ОАО "Норильский никель", Красноярский край медно-никелевые руды, шлаки никелевого производства 2002-2006 2
12 ОАО "Стальмаг", Красноярский край ниобиевые руды 2001-2002 2
13 ОАО "АЛРОСА", Якутия алмазосодержащие руды 2002 технология РРС
14 ОАО Тайский ГОК", Урал Летнее, медно-цинковые руды 2003-2005 3
15 ЗАО НПК "Геотехнология" Шануч, никелевые руды 2004-2007 4
16 СП ТОО "Мота-Цинк", Казахстан свинцово-цинковые руды 2005 2
17 ОАО "ППГХО", Забайкальский край Стрельцовское, урановые руды 2007-2007, 2008 12
18 ООО "Токурский рудник", Амурская обл. золотосодержащие руды 2007 2
19 ОАО Тайский ГОК", Урал медно-цинковые руды 2007 4
20 ООО "Торгово-промышленная компания "ТЕЧЕН"", Китай медные, молибденовые и полиметаллические руды 2007 2
Для сортировки в основном используется крупнокусковой материал, крупнее 20 мм (класс +20 мм), при меньшей крупности резко падает производительность сепараторов. Но для особо ценных руд и материалов нижняя граница машинных классов для сортировки может быть снижена до 3-5 мм.
Особое место в технологии РРС занимают золотосодержащие руды. Именно в этой области накоплен наибольший положительный опыт, изучено более 60 золоторудных месторождений и рудопроявлений, отработана оригинальная методология и технология.
Впервые в промышленных условиях метод рент-генорадиометрической сепарации был применён в
1994-1995гг. на руднике "Холбинский" ОАО "Бурятзо-лото" и руднике "Коммунар" в Хакасии.
Суть РРС золотосодержащих руд заключается в использовании тех природных свойств и особенностей, которые обусловлены генезисом золоторудных месторождений и проявляются в наличии у золота неотъемлемых генетических спутников (минералов и элементов), ассоциирующих и коррелирующих с золотом не только в пределах рудного поля (оруденения), но и в объемах каждого куска. Выявленные корреляции нелинейные, носят пороговый характер, но в целом позволяют уверенно выделять рудную часть (кус-
ки, обогащенные золотом) и нерудную (породу, отвальный продукт, бедные куски).
Многочисленные исследования, проведенные на различных типах золотосодержащих руд (кварцевые, сульфидные, смешанные, убогосульфидные, сланцевые и пр.), позволили установить целый ряд элементов, которые так или иначе связаны с золотом (или ассоциируют с ним).
В основном кварц и сульфидные минералы (пирит, халькопирит, сфалерит, галенит, арсенопирит, антимонит) чаще и надежней определяют наличие золота в куске. При этом сами эти минералы в РРС распознаются через элементы Fe, Cu, Zn, Pb, As и Sb.
Дополнительно выявлены антикоррелирующие с золотом элементы Ca, Sr, иногда Zr, Rb (элементы вмещающих пород), которые, наоборот, при наличии их в кусках, сигнализируют об отсутствии (или малом количестве) золота в этих кусках.
Выход «отвальных» хвостов (или беднейшей забалансовой руды) достигает 70% крупнокускового материала. Кроме того, во многих случаях «хвосты» РРС могут служить хорошим материалом для технологии кучного выщелачивания, что также является положительным моментом при использовании метода РРС [4].
Серебросодержащие руды по технологическим, геолого-минералогическим свойствам и своему генезису имеют много общего с золотосодержащими и поэтому для них также успешно может быть применена технология РРС.
Из приведённого анализа известных методов предварительного обогащения видно, что рентгенора-диометрическая сепарация является наиболее технологичным, эффективным и социально привлекательным способом повышения качества добываемой и направляемой на переработку руды.
Уровень обеспеченности запасами полезных ископаемых в России в последние годы неуклонно снижается. Многие действующие предприятий испытывают недостаток разведанных запасов. Решить проблему вовлечения в эксплуатацию бедных и забалансовых руд и увеличения сырьевой базы, а также повышения эффективности работы действующих и проектируемых предприятий возможно за счёт широкого использования методов рентгенорадиометрической сепарации.
Это вызывает необходимость разработки научно-методических основ по оценке (переоценке) разведанных запасов и определению кондиций для конкретных месторождений и участков месторождений с учётом технологии РРС.
Для отработки месторождений и рудных тел различной морфологии и ценности потребуется создание организационно-технологических рекомендаций по созданию высокоэффективных технологий горных работ при разработке месторождений различных полезных ископаемых подземным и открытым способами с использованием метода РРС.
Библиографический список
1. Трушков Н.И. Разработка рудных месторождений. М.: Металлургиздат, 1947. 546 с.
2. Ляхов А.И. Технология разработки жильных месторождений. М.: Недра, 1984. 240 с.
3. Панфилов Е.И., Арзуманян С.С. Взрывосортировка при разработке пологих жил. М.: ИПКОН АН СССР, 1983. 156 с.
4. Опыт и практика рентгенорадиометрической сепарации (РРС) золотосодержащих и других типов руд: информационные материалы / Ю.О. Фёдоров [и др.]. Красноярск: "Радос", 2008. 47 с.
5. Обогащение в тяжёлых средах // Горная энциклопедия, в 5 т. М., 1987. Т. 3. С. 530-531.
