CC BY
8
© Т.А. Дмитриева, 2008
Т.А. Дмитриева
ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОБОСНОВАНИЯ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ МЕДЬ СОДЕРЖАЩИХ РУД И КОНЦЕНТРА ТОВ
~П настоящее время эффективное и устойчивое развитие Рос-
-Й.М сии в значительной степени зависит от инновационного наполнения инвестиционной деятельности в рамках программ воспроизводства, освоения и использования минерально-сырьевой базы (МСБ). Необходимость инноваций определяется спецификой российской МСБ, проблемами функционирования и стратегическими целями развития МСК. Так, в структуре российской МСБ цветных металлов значительную долю составляют запасы бедных руд и руд нетрадиционных промышленных типов, как правило характеризующихся комплексным составом и сложной обо-гатимостью. Использование традиционных технологий добычи и переработки указанных руд не обеспечивает конкурентоспособность минерального сырья в силу его высокой себестоимости.
Медь принадлежит к группе халькофильных элементов и в большинстве месторождений, имеющих промышленное значение, присутствует в виде сульфидных соединений. 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.
Технология переработки руд медных месторождений зависит от их минерального состава, крупности зерен, степени взаимного прорастания минералов, количества содержащих-ся сульфатов, карбонатов, силикатов и оксидов меди, а так-же целого ряда других факторов. Это предопределяет необ-ходимость выделения различных типов руд, для которых ис-пользуются различные схемы переработки руд.
65
В настоящее время основным способом переработки руд медных месторождений является флотация, осуществляемая по селективным или коллективно-селективным схемам с получе-нием концентратов меди и других металлов. Определяющим признаком флотируемости руд является степень их окисле-ния. По мере увеличения степени окисления в рудах возрас-тает содержание труднофлотируемых минералов меди. Кро-ме того, при повышении степени окисления руд возрастает их ошламоватость, в том числе за счет увеличения содержа-ния глинистых минералов, снижающих извлечение меди в концентрат. Особенно сильно негативное влияние степени окисления на извлечение меди сказывается при снижении содержания меди в руде.
По степени окисления руды медных месторождений подразделяются на сульфидные, смешанные и окисленные. Критерием для отнесения руд к тому или иному типу является процентное содержание (доля) меди в оксидной форме.
Следует отметить, что характерной общей чертой месторождений меди является вторичная вертикальная зональность. На месторождениях обычно выделяются до пяти зон (сверху вниз): выщелачивания, окисленных руд, смешанных руд, вторичного сульфидного обогащения и первичных сульфидных руд.
Одной из основных негативных тенденций, типичной для процесса погашения запасов месторождений, является снижение содержания меди в руде и увеличение доли первичных минералов меди, что предопределяет снижение извлечение меди в концентрат.
Как уже указывалось выше, в настоящее время в мировой медной промышленности продолжает доминировать флототехнология. Так, практически все сульфидные руды обогащаются флотационными способами. Окисленные и смешанные руды обогащаются значительно хуже, чем сульфидные, особенно содержащие медь в силикатной форме. 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 1990-2007 гг., применяют флотационный способ переработки руд: Encondida, Collahuachi и Los Pelambres (Чили); Grasberg и Batu Hijou (Индонезия); Antamina (Перу);
66
Olimpic Dam и Ernest Genry (Австралия); Alumbrera (Аргентина) и Copperton (США). 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. дол. США.
Начиная с 1996 г. 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 (экстракция/электролиз).
В 2006г. доля производства меди с использование процесса SX/EW составила около 25 % от общего объема производства. Наиболее значимыми инвестиционными проектами строительства предприятий по добыче медных руд и производству катодной меди по технологии SX/EW за последние годя явились El Abra, Radomito, Tomich, El Tesora, Minera Michilla, Lomas Bayas и Collahuachi (Чили). Годовая производительность по руде указанных предприятий составила от 8 до 70 млн т, по катодной меди - от 50 до 225 тыс. т, удельные капитальные затраты - 4,00-4,49 тыс. дол. США на 1 т годовой производительности по катодной меди.
Наиболее широкое распространение имеют процессы кучного (Heap) и отвального (Dump) выщелачивания - SX/EW. 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 дол. США на 1 т катодной меди, (в среднем 2300 дол. США на создание и 1400 дол. США на расширение мощностей), удельные эксплуатационные затраты - от 700 до 1000 дол. США на 1 т катодной меди. 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.
67
Основными факторами, определяющими конкурентоспособность гидрометаллургических технологий переработки руд с получение катодной меди по схемам Heap или Dump Leaching-SX/EW являются: 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; замкнутость технологического цикла (с оборотом отработанных растворов).
Вместе с тем, существует ряд факторов, снижающих конкурентоспособность указанных схем: ценные попутные компоненты остаются неизвлеченными 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 2001-2007 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 Leaching-SX/EW, а также разработка и внедрение прогрессивных организационно-технических и технологических решений в рамках различных вариантов (Heap, Dump, Bio, Autoclav) данной схемы. 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 суль-
68
фидных руд месторождения Gunpowder (Австралия) процесс Mt Gordon (Autuclav Leaching-SX/EW). Согласно исследованиям специалистов компании процесс может быть эффективно использован для переработки первичных руд (основной медьсодержащий минерал - халькопирит) и концентратов, как коллективных, так и медных. Процесс обеспечивает извлечение меди из автоклавного питания на уровне 90%. Удельные капитальные затраты на создание производства составляют от 1500 до 1742 дол. США, удельные эксплуатационные затраты - от 670 до 700 дол. США на 1 т катодной меди. Конкурентоспособность технологии Auto-clav 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.
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. 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.
Фирмой Outokumpu (Финляндия) разработана гидрометаллургическая технология переработки сульфидных медных концентратов с получением медного порошка HydroCopper™. Технология включает следующие основные процессы: трехстадийного хлорид-ного выщелачивания в реакторах концентрата, очистку растворов выщелачивания, осаждение оксида меди гидрооксидом натрия в реакторе, восстановление оксида меди водородом в конвейерной печи при температуре 800 0С с получением медного порошка, который может быть переработан по технологии Ou-
69
tokumpu Upcast (плавка в индукционной печи и литье) в медную катанку. Извлечение меди составляет около 96 %.
Применение технологии HydroCopperTM 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 HydroCopper™ с выпуском медного порошка и его переработкой в металлоизделия по технологии Outokumpu Upcast составляют около 2000 дол. США на 1 т годовой производительности по медной катанке.
Целесообразность развития действующих горно-обогатительных комбинатов (предприятий) медной промышленности на основе реализации проектов 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 труднообогатимые 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
70
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;
- возможностью получения дополнительных системных эффектов при применении комплекса взаимосвязанных технологических схем гидрометаллургической переработки.
Вовлечение в переработку техногенного медьсодержащего сырья и относительное (по сравнению с традиционной - пироме-таллургической технологией) уменьшение негативного воздействия на окружающую среду являются факторами, определяющими экологический аспект обоснования целесообразности применения гидрометаллургических схем.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ашихмин А.А. Проблемы сырьевого обеспечения производств цветных металлов в России: системные эффекты целевых программ освоения и расширения минерально-сырьевой базы. // Материалы международной конференции «Стратегия развития минерально-сырьевого комплекса в 21 веке» - М.: Изд-во РУДН, 2004. - С. 196-198.
2. Ашихмин А.А. Инновационные аспекты программ воспроизводства, освоения и использования минерально-сырьевой базы цветных и благородных металлов. // Сборник трудов «Структурные преобразования экономики индустриальных территорий» (Выпуск 2 «Проблемы технологического развития базовых отраслей промышленности на инновационной основе»). - Екатеринбург: ИЭ Уро РАН 2005. - С. 252-259.
3. Ашихмин А.А., Дмитриева Т.А. Геолого-экономические аспекты формирования программ развития горно-обогатительных комбинатов медной промышленности на основе внедрения гидрометаллургических технологий переработки руд и концентратов. - М.: ГИАБ МГГУ, 2006. №12. - С.341-348.
4. Ашихмин А.А., Дмитриева Т.А., Жалсанов Т.Ж., Селезнёва Д.А. Формирование программ развития горно-обогатительных комбинатов медной промышленности. / Отдельный выпуск горного информационно-аналитического бюллетеня. -М.: Издательство МГГУ. 2006. - 33 с.
71
5. Болдбаатар Д., Дмитриев А.А., Галбаатар Г., Ашихмин А.А. Программы технического перевооружения реконструкции и развития СП «Эрденэт»/ Горный журнал. 2004. №8. - С.43-45.
6. Дрейзингер Д., Ричмонд Ж., Хесс Ф., Лонкастер Т. Конкурентоспособность процесса Mt Gordon в производстве меди. -Эрдэнэт: СП «Эрдэнэт», 2003, -15 с.
7. Хиетала К. Концепция Hydro Copper™ . -Пори: «Оуткумпу», 2003. -24 с.
8. Kennedy B. Davenport W., Jenkins J., Robinson T., Solvent extraction and elec-trowinning Technology. -Phoenix: Conf. Copper -1999, 1999. -P. 110-136. fi^
— Коротко об авторе -
Дмитриева Т.А. — Московский государственный горный университет.
72
