CC BY
55
© А.А. Ашихмин, Т.А. Дмитриева, 2006
УДК 622.3:338.45
А.А. Ашихмин, Т.А. Дмитриева
ГЕОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОГРАММ РАЗВИТИЯ ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ КОМБИНАТОВ МЕДНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ НА ОСНОВЕ ВНЕДРЕНИЯ ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕРАБОТКИ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ
Круглый стол
едь принадлежит к группе халькофильных элементов и в большинстве месторождений, имеющих промышленное значение, присутствует в виде сульфидных соединений. Известны более двухсот медьсодержащих минералов, из которых промышленное значение имеют только пятнадцать. Основной объем мировых запасов (более 90 %) и добычи (более 85 %) меди приходится на четыре сульфида: халькопирит, борнит, халькозин и кубанит [6, 912].
Медные руды, как правило, являются комплексными и в них помимо минералов меди обычно присутствуют минералы железа, цинка, свинца и молибдена. Кроме того, медные руды содержат золото, серебро, селен, теллур и другие элементы [10, 11].
Технология переработки руд медных месторождений зависит от их минерального состава, крупности зерен, степени взаимного прорастания минералов, количества содержащихся сульфатов, карбонатов, силикатов и оксидов меди, а также целого ряда других факторов [6,
12, 13]. Это предопределяет необходимость выделения различных типов руд, для которых используются различные схемы переработки руд.
В настоящее время основным способом переработки руд медных месторождений является флотация, осуществляемая по селективным или коллективноселективным схемам с получением концентратов меди и других металлов [3, 6, 8].
Определяющим признаком флоти-руемости руд является степень их окисления [12, 13]. По мере увеличения степени окисления в рудах возрастает содержание труднофлотируемых минералов меди: сульфатов (брошанит, антле-рит, хальканит), силикатов (хризоколла) и фосфатов (бирюза). Кроме того, при повышении степени окисления руд возрастает их ошламоватость, в том числе за счет увеличения содержания глинистых минералов, снижающих извлечение меди в концентрат. Особенно сильно негативное влияние степени окисления на извлечение меди сказывается при снижении содержания меди в руде. Так, согласно результатам исследований специалистов СП «Эрдэнэт», полученных на основе статистического анализа технологических показателей обогащения руд месторождения «Эрдэнэтийн-Овоо» (Монголия), зависимости извлечения меди в коллективный и медный
концентраты от степени окисления руды имеют следующий вид [13]:
Е1 = 21, 320асц - 0, 549 а^, ох + 72, 990 ;
(1)
Е2 = 21, 748«сц — 0, 337аСи , ох - ; (2)
-0 , 059 аСирг - 0 , 086^ + 74 , 397 ; ()
Ез = 18,0428аси - 0,819а^ох - , (3)
-0,0059аСи,рг - 0,046^ + 76,226 ; ( )
где Е1 - извлечение меди в коллективный концентрат, %; Е2 - извлечение меди в медный концентрат (собиратель -Берафлот-302в), %; Е3 - из-влечение меди в медный концентрат (собиратель
- Б-7030), %; аСи - со-держание меди в руде (0,5 <аси < 0,9), %; а^ - степень окисления (1,5 < аСиох < 12,0), %; аСирг - доля первичной меди (12,0 <аСи рг < 53,0), %; в - качество медного
концентрата (в >25,0), %.
По степени окисления руды медных месторождений подразделяются на сульфидные, смешанные и окисленные [6, 10, 11]. Критерием для отнесения руд к тому или иному типу является процентное содержание (доля) меди в оксидной форме (минералы: малахит, азурит, хризоколл, брошанит, куприт, тено-рит и др.). Для сульфидных руд степень
окисления должна удовлетворять требо-
^ ви
ванию аСи ох < аох, т„ , для смешанных -
а®1!* < аСи ох < а™та и для окисленных -
аСи ох > а™тах . Значения параметров
аіитш и а™^ определяются для каждого
месторождения и корректируются в процессе его эксплуатации. Так, при при формировании концепции развития и соответствующей стратегической программы СП «Эрдэнэт» на период 20052015 гг. рассматривались варианты разделения руд на указанные типы, порожденные следующими значениями пара-
метров а^ и а™!, : 4 %, 6 %, 8 % и 20
% соответственно [7].
Следует отметить, что характерной общей чертой месторождений меди медно-порфирового геолого-про-
мышленного типа является вторичная вертикальная зональность[6, 10, 11]. На месторождениях указанного типа обычно выделяются до пяти зон (сверху вниз): выщелачивания, окисленных руд, смешанных руд, вторичного сульфидного обогащения и первичных сульфидных руд.
Так, на месторождении «Эрдэнэтийн-Овоо» (северо-западный участок) сверху вниз последовательно выделяют зоны выщелачивания, окисления, вторичного сульфидного обогащения и первичных сульфидных руд [13]. В вертикальном разрезе не наблюдается отчетливого изменения текстур и по всему интервалу преобладает прожилково-вкрапленный тип оруднения. Месторождение характеризуется высокой изменчивостью минерального состава руд, особенно в зоне вторичного сульфидного обогащения. Две последние зоны представляют особую промышленную ценность.
Медная минерализация в смешанных и окисленных рудах представлена, в основном, самородной медью, окислами (куприт, тенорит, делафоссит), карбонатами (малахит, азурит), сульфатами (брошанит, антлерит, хальканит) и силикатами (хризоколла). Сульфиды (халькопирит, халькозин, ковеллин и борнит) в составе смешанных и окисленных руд имеют подчиненное значение.
Главными рудными медьсодержащими минералами зоны вторичного сульфидного обогащения являются халькозин, ковеллин, халькопирит. Второстепенными минералами являются борнит, блеклые руды и окисленные минералы меди. Основным медьсодер-
жащим минералом первичных сульфидных руд является халькопирит (вторым по значению - борнит) [13].
Одной из основных негативных тенденций, наметившейся в процессе погашения запасов месторождения, является снижение содержания меди в руде и увеличение доли первичных минералов меди, что согласно указанным выше зависимостям (1)-(3) предопределяет снижение извлечение меди в концентраты. Следует отметить, что уменьшение содержания меди в руде и увеличение доли первичных минералов связано с более тонкой вкрапленностью минералов меди и увеличением количества их сростков с пиритом [13].
В настоящее время в мировой медной промышленности продолжает доминировать флототехнология [3, 7 и др.]. Так, практически все сульфидные руды обогащаются флотационными способами. Окисленные и смешанные руды обогащаются значительно хуже, чем сульфидные, особенно содержащие медь в силикатной форме [6, 12]. Переработка указанных типов руд осуществляется либо по сложным технологическим схемам (включающим сульфидизацию
окисленных минералов и последующую их флотацию), либо гидрометаллургическим способом.
Большинство наиболее значительных для мировой медной промышленности новых горных предприятий, введенных в эксплуатацию за период 1990-2005 гг., применяют флотационный способ переработки руд: Encondida, Collahuachi и Los Pelambres (Чили); Grasberg и Batu Hijou (Индонезия); Antamina (Перу); Olimpic Dam и Ernest Genry (Австралия); Alumbrera (Аргентина) и Copperton (США) [2, 7 и др.]. Годовая производительность по руде указанных предприятий составляет от 9 до 86 млн.т, по меди в концентратах - от 62 до 893 тыс. т,
удельные капитальные затраты (на 1 т годовой производительности по меди в концентратах) - от 1,71 до 6,67 тыс. долл. США. Следует отметить, что значительная часть предприятий перерабатывают руды с достаточно высоким содержанием золота, в том числе Colla-huachi (1,67 г/т), Antamina (1,37 г/т) и Grasberg (1,14 г/т). Так, на последнем из них годовой объем производства золота в медном концентрате достигает 3189 тыс. унций [2]. В 2002 г. расчетная себестоимость производства пирометал-лургическим способом рафинированной меди из концентратов указанных предприятий (с учетом извлечения и реализации попутных компонентов) составляла от 1110 до 1500 долл. США/т.
Начиная с 1996 г. (в условиях неблагоприятной конъюктуры рынка, снижения цены на медь и усиления конкуренции) прослеживается тенденция активации инновационной деятельности в мировой медной промышленности. Одним из наиболее значимых направлений данной деятельности явилось применение гидрометаллургических технологий переработки медных руд и концентратов с использованием схемы Leaching (выщелачивание) - SX/EW (экстрак-
ция/электролиз) [1-4, 16].
В настоящее время доля производства меди с использование процесса SX/EW составляет около 20% от общего объема производства [3]. Наиболее значимыми инвестиционными проектами строительства предприятий по добыче медных руд и производству катодной меди по технологии SX/EW за последние годя являются El Abra, Radomito, Tomich, El Tesora, Minera Michilla, Lomas Bayas и Collahuachi (Чили). Годовая производительность по руде указанных предприятий составляет от 8 до 70 млн т, по катодной меди - от 50 до 225 тыс. т, удельные капитальные затраты - 4,00-
4,49 тыс. долл. США на 1т годовой производительности по катодной меди [15, 16].
Наиболее широкое распространение имеют процессы кучного (Heap) и от-вaльного(Dump) выщелачивания-
SX/EW [7, 15, 16]. С использованием указанных процессов осуществляется переработка окисленных, низкокачественных смешанных и вторичных сульфидных руд (с долей халькопирита не более 20 %). Согласно существующим оценкам удельные капитальные затраты на создание новых SX/EW производств составляют от 1000 до 3000 долл. США на 1 т катодной меди, (в среднем 2300 долл. США на создание и 1400 долл. США на расширение мощностей), удельные эксплуатационные затраты -от 700 до 1000 долл. США на 1 т катодной меди [7. 16].. Относительно низкие (по сравнению с традиционной схемой переработки руд) эксплуатационные затраты на производство меди объясняются отсутствием дорогостоящих обогатительного и пирометаллургического переделов, а также экономией затрат на транспортировку медных концентратов и черновой меди.
Основными факторами, определяющими конкурентоспособность гид-
рометаллургических технологий переработки руд с получение катодной меди по схемам Heap или Dump LeachingSX/EW являются [1-3, 5, 7, 16]: более низкие капитальные и эксплуатационные затраты по сравнению с традиционной схемой (обогащение, плавка, рафинирование); возможность получения меди высокого класса чистоты (стандарт LME); возможность вовлечения в переработку бедных руд, руд сложного минерального состава и техногенного сырья; отсутствие образования газообразных продуктов переработки сырья и загрязнения ими воздушной среды; замк-
нутость технологического цикла (с оборотом отработанных растворов).
Вместе с тем, существует ряд факторов, снижающих конкурентоспособность указанных схем [16]: ценные попутные компоненты остаются неизвле-ченными из-за селективности экстракции (SX); выщелачивание осуществляется с относительно низкой скоростью, что предопределяет необходимость отвода значительных площадей под складирование выщелачиваемой руды; уровень извлечения меди из руд (особенно сульфидных) относительно низок.
Усиление конкуренции на рынке меди и его сырьевом секторе (рынке медных концентратов), а также конъюнктура рынка в период 2001-2005 гг. стимулировали дальнейшее развитие и внедрение гидрометаллургических технологий переработки руд и концентратов. Основными направлениями развития явились исследования возможностей и разработка технологий бактериального выщелачивания (Bio Leaching) первичных и вторичных сульфидных руд, автоклавного выщелачивания (Autuclav Leaching) сульфидных руд, коллективных и медных концентратов с получением катодной меди по схеме LeachingSX/EW, а также разработка и внедрение про-грессивных организационно-технических и технологических решений в рамках различных вариантов (Heap, Dump, Bio, Autoclav) данной схемы [2, 5, 7, 14]. Исследовательские, конструкторские и промышленные проекты по указанным направлениям были реализованы и продолжают осуществляться такими известными в мире фирмами (компаниями, корпорациями), как ”Tech Comico”, “Dynatec”, “Amec”, “Western Metals Copper Ltd” (Канада), “KD Engineering” (США), “Batmen”, “Pacific Ore Technology Pty Ltd” (Австралия), “Samsung” (Корея) и др.
Так, например, компанией “Western Metals Copper Ltd” был разработан и успешно реализован при переработке вторичных сульфидных руд (основные медьсодержащие минералы: халькозин, ковеллин, борнит, халькопирит) месторождения “Gunpowder” (Австралия) процесс “Mt Gordon” (Autuclav Leach-ing-SX/EW) [5]. Согласно исследованиям специалистов компании , выполненных совместно с сотрудниками Университета Британской Колумбии, процесс может быть эффективно использован для переработки первичных руд (основной медьсодержащий минерал - халькопирит) и концентратов, как коллективных (в рамках комбинированной автоклавно-флотационной технологии), так и медных. Процесс обеспечивает извлечение меди из автоклавного питания на уровне 90%. Удельные капитальные затраты на создание производства составляют от 1500 до 1742 долл. США, удельные эксплуатационные затраты -от 670 до 700 долл. США на 1 т катодной меди. Конкурентоспособность технологии Autoclav Leaching (процесс “Mt Gordon”) по сравнению с Heap, Dump и Bio Leaching обеспечивается за счет более низкого уровня эксплуатационных затрат, более высокого извлечения меди, гораздо меньших затрат времени на выщелачивание и возможности компактного размещения производства на относительно небольших площадях [5].
Следует отметить, что применение процесса “Mt Gordon” (как и других процессов Autuclav Leaching: “Antivox”, “British Columbia”, “CESL”, “Dynatec”, “Albion”) для переработки концентратов, получаемых по флототехнологии, обеспечивает возможность снижения требований (по содержанию меди) к качеству концентратов и, следовательно, повышение извлечения меди в концентраты согласно указанным выше зави-
симостям (2)-(3) [2, 4, 5, 7]. Кроме того, снижение требований к качеству концентратов способствует снижению затрат на их производство и позволяет подавать на обогатительный передел руды с более низким содержанием меди. Автоклавное выщелачивание коллективных концентратов с дальнейшей флотацией кеков способствует повышению уровня извлечения не только меди, но и попутных металлов (например, молибдена) при селекции концентратов [4, 7].
Фирмой «Оутокумпу» (Финляндия) разработана гидрометаллургическая технология переработки сульфидных медных концентратов с получением медного порошка «HydroCopper™» [14]. Технология включает следующие основные процессы: трехстадийного хло-ридного выщелачивания в реакторах сульфидных медных концентратов, очистку растворов выщелачивания, осаждение оксида меди гидрооксидом натрия в реакторе, восстановление оксида меди водородом в конвейерной печи при температуре 8000С с получением медного порошка, который может быть переработан по технологии «Outokumpu Upcast» (плавка в индукционной печи и литье) в медную катанку. Извлечение меди составляет около 96 %. Технология «HydroCopper™» предусматривает подачу раствора хлористого натрия после осаждения оксида меди в мембранный хлорно-щелочной электролизер. В процессе электролиза раствора хлористого натрия получают гидрооксид натрия, водород и хлор, которые рециркулируют.
Применение технологии «HydroCop-
TM
per » также обеспечивает возможность снижения качества подаваемой на обогащение руды и перерабатываемого концентрата, уменьшение затрат на его производство и повышение извлечения меди. Кроме того, дополнительными
факторами конкурентоспособности технологии являются: возможность извлечения ценных попутных компонентов (в том числе золота и серебра), возможность производства металлопродукции (медной катанки) с высокой добавленной стоимостью; отсутствием необходимости утилизации серной кислоты. Удельные капитальные затраты на создание производства по технологии «Hy-
J п TM
droCopper » с выпуском медного порошка и его переработкой в металлоизделия по технологии «Outokumpu Upcast» составляют около 2000 долл. США на 1 т годовой производительности по медной катанке.
Целесообразность формирования стратегических программ развития действующих горно-обогатительных комбинатов (предприятий) медной промышленности, включающих проекты создания производств по гидрометаллургической переработке техногенного сырья, различных типов руд и концентратов, определяется следующими основными факторами:
- необходимостью поддержания и расширения рудно-сырьевой базы предприятий, стремлением продлить срок их существования;
- наличием значительных запасов техногенного сырья, накопленных за время эксплуатации месторождений в отвалах (забалансовых и окисленных руд);
- стремлением вовлечь в переработку некондиционные и труднообога-тимые руды будущей добычи;
- стремлением компенсировать негативное влияние на эффективность функционирования предприятий таких типичных тенденций, как увеличение затрат на перевозку руды (в связи с понижением горных работ), снижение содержания меди в руде, изменение ее минерального состава и технологических
свойств, появление технологических трудностей в процессе обогащения и увеличение затрат на обогащение, снижение извлечения меди и ценных попутных компонентов в концентраты, а также ухудшение их качества;
- необходимостью обеспечения конкурентоспособности предприятий с учетом наметившихся тенденций развития и конъюнктуры рынка меди и его сырьевого сектора, в том числе за счет снижения затрат на производство концентратов, улучшения их качества, расширения номенклатуры продукции за счет выпуска катодной меди, медного порошка, медной катанки и другой продукции с высокой добавленной стоимостью, повышения извлечения меди и ценных попутных металлов и, как следствие этого, увеличение объемов выпуска продукции в пересчете на металлы;
- наличием гидрометаллургиче-
ских технологий переработки техногенного сырья, различных типов руд и концентратов, обеспечивающих возможность расширения рудно-сырьевой базы, увеличения капитализации, повышения уровня извлечения меди и попутных компонентов в концентраты, снижения затрат на обогащение, осуществления экономически эффективного производства металлов и металлоизделий и получения дополнительных системных эффектов.
Возможность получения дополнительных системных эффектов предопределяется организационным аспектом программ создания гидрометаллургических производств и базируется на использовании комплекса взаимосвязанных технологических схем, обеспечивающих максимально возможное извлечение меди и ценных попутных компонентов, минимальные капитальные затраты на развитие и эксплутационные затраты на производство продукции.
Так, например, взаимосвязанность технологических схем Dump, Heap, Bio и Autoklav Leaching проявляется в использовании процесса SX/EW для получения катодной меди из растворов. Кроме того, технологические схемы Dump и Heap Leaching предполагают использование серной кислоты, которая является одним из продуктов, получаемых при переработке сульфидных концентратов по схеме Avtoklav Leaching. К организационному аспекту относится также возможность развития обогатительного передела на основе комбинирования флото и гидрометаллургических технологий.
Указанные геолого-экономические и организационные аспекты нашли свое отражение в разработанной авторами данной публикации процедуре формирования и организационно-
экономического обоснования программ развития действующих горно-
обогатительных предприятий на основе реализации систем проектов создания гидрометаллургических производств по переработке техногенного сырья, труд-нообогатимых окисленных, некондиционных смешанных и сульфидных руд, а также концентратов.
Процедура предусматривает получение взаимовлияющих и взаимодопол-
1. Ашихмин А.А., Гумилевский А.С. Эколо-
го-экономические аспекты оценки воз-
можностей софинансирования проектов кучного выщелачивания металлов. ГИАБ - М.: Изд-во МГГУ, 1999. №2. - С. 55-59.
2.Ашихмин А.А., Галбаатар Г. Инноваци-
онные аспекты инвестиционных программ развития горно-обогатительных предприятий
медной промышленности/ Сб. статей Горного информационно-аналитического бюллетеня
«Экономика, организация и управление горными предприятиями цветной металлургии», -М.: Изд-во МГГУ. 2004, №3. - С.33-43.
3. Ашихмин А.А., Дмитриев А.А., Ясько Т.А. Структура и тенденции развития мирового и
няющих результатов решения задач выбора на множествах следующих вариантов: календарных планов выемки горной массы, добычи и переработки руды в рамках действующего обогатительного передела; требований к степени окисления, при выделении различных типов руд, и доле содержания вторичных минералов меди, при выделении технологических разновидностей сульфидных руд; технологических процессов гидрометаллургической переработки различных видов медьсодержащего сырья и соответствующих проектов создания новых производств.
Основной особенностью разработанной процедуры является формиро-вание программы на основе оценок потенциального вклада каждого проекта (варианта проекта) в системную составляющую интегрального эффекта программы в целом и учета роста капитализации за счет увеличения запасов. Кроме того, процедура обеспечивает возможность «оптимизации» организационно-
экономического механизма реализации проектов программы с учетом прогнозируемого финансового состояния предприятия и предельно допустимого уровня инновационных рисков.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
российского рынков меди: сырьевой сектор/ Сб. статей Горного информационно-
аналитического бюллетеня. «Экономика, организация и управление горными предприятиями цветной металлургии». 2004, № 3. - М.: Изд-во МГГУ, 2004. - С. 17-32.
4. Болдбаатар Д., Дмитриев А.А., Галбаатар Г., Ашихмин А.А. Программы технического перевооружения, реконструкции и развития СП «Эрдэнэт»/ Горный журнал, 2004. №8. - С. 43-45.
5.Дрейзингер Д., Ричмонд Ж., Хесс Ф., Лон-кастер Т. Конкурентоспособность процесса Mt Gordon в производстве меди. - Эрдэнэт: СП «Эрдэнэт», 2003. - 15 с.
6.Инструкция по применению классификации запасов к месторождениям медных руд. -М.: ГКЗ СССР, 1983. - 43 с.
7.Монхмтогтох Л. Конечная продукция СП «Эрдэнэт». Сб. «Первое совещание финансовых, экономических и бухгалтерских работников предприятия «Эрдэнэт»». - Эрдэнэт: СП «Эрдэнэт», 2004. - С.85-90.
8.Оценка перспектив развития горнометаллургической базы ряда металлов в Российской Федерации /Птицын А.М., Дюдин Ю.К., Син-даровский А.Н., Руднев Б.П. - М.: Издательский дом «Руда и металл», 2002. - 562 с.
9.Рамдор П. Рудные минералы и их срастания: Пер. с нем. (издание 3-е). - М.: Издательство иностранной литературы, 1962. - 1132 с.
10. Рудные месторождения СССР (в трех томах). Под общей редакцией акад. В.И.Смирнова. Том 2. - М.: Недра, 1974. - 392 с.
11. Рудные месторождения США (в двух томах): Пер с англ.. Под редакцией Дж. Риджа. Том 1. - М.: Мир, 1972. - 660 с.
12. Справочник по обогащению руд. Обогатительные фабрики, Под ред. О.С.Богданова, Ю.Ф. Ненарокомова (2-е изд.). - М.: Недра, 1984. - 358 с.
13. Технологическая инструкция по обога-
щению медно-молибденовых руд на ОФ СП «Эрдэнэт». - Эрдэнэт: СП «Эрдэнэт», 2003. -140 с. TM
14.Хиетала К. Концепция Hydro Copper™ . -Пори: «Оутокумпу», 2003. -24с.
15. Coombs D. Copper Industry Mine Supply Issues (presentation to EMC) - BROOK hUnT, 2005. -37 p.
16. Kennedy B. Davenport W., Jenkins J., Robinson T. Solvent extraction and electrowinning Technology. - Phoenix: Conf. «Copper - 1999» 1999. - P.110-136.
— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------
Ашихмин Алексей Анатольевич - кандидат технических наук, доцент,
Дмитриева Татьяна Андреевна - аспирантка,
кафедра «Организация и управление в горной промышленности», Московский государственный горный университет.
