CC BY
47
-------------------------------------- © В.К. Томасв, В.Н. Ельников,
С.Г. Лсйзсрович, А.Х. Усков, 2004
УДК 622.691.24.
В.К. Томаев, В.Н. Ельников, С.Г. Пейзерович, А.Х. Усков
ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ БЕЗОТХОДНОГО ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛЕЗОРУДНОГО КОНЦЕНТРАТА НА БАЗЕ КОМБИНАТА «КМАруда»
Семинар № 11
На комбинате «КМАруда» завершается опытно-производственный эксперимент по размещению в подземных отработанных камерах текущих хвостов обогащения.
В шахту подано 375 тыс. м3 пульпы с концентрацией твердого 22-28 %, уложено 117 тыс. т хвостов в сухом весе, в оборотное водоснабжение обогатительных фабрик поступило 313 тыс. м3 воды, из них менее 5 % (14,8 тыс. м3) через дренаж, остальное сливанием. Технология приготовления, подачи пульпы от обогатительной фабрики (ОФ) и укладки хвостов в шахту была изложена в [1, 2, 3].
В результате проведенных экспериментальных исследований в производственных условиях шахты им. Губкина сформированы техногенные массивы. Процесс осушения длится 17 месяцев и должен в соответствии с прогнозом завершиться в I кв. 2002 г. Получены следующие технические показатели:
• обезвоживание массива (снижение уровня гравитационной воды) осуществлялось со скоростью 0,15 м/сут на начальном и 0,05 м/сут в конечном этапе;
• просадка поверхности хвостов составила в кам. 14/9-0,83 м; кам. 14/10-0,59 м;
• максимальная скорость просадки составила 0,22 м/мес, минимальная - 0,01 м/мес, просадка завершилась в основном за 11 месяцев после начала осушения;
• средний коэффициент фильтрации массива - 0,5-0,7 м/сут. Он на 1-1,5 порядка больше, чем определенный в лабораторных условиях;
• в приповерхностных слоях массивов снижение влажности от максимального насыщения до величины естественной влажности осуществляется за 2-4 мес. в зависимо-
сти от гранулометрического состава уложенных хвостов;
• дебит дренажей за этот период изменился от 40.9 м3/сут до 10,9 м3/сут в средине периода и до 5 м3/сут в последний месяц.
Снижение уровня свободной поровой воды в осушаемых хвостах сопровождалось неуклонным снижением давления за перемычками с максимальных показателей (0,54; 0,38; 0,28 МПа) до нулевых значений.
Характер снижения величины давления в осушаемых опытных камерах (по манометрам, установленным на водоизолирующих перемычках) за весь период наблюдения, приведен на рис. 1. Как следует из рисунка, в целом наблюдалось планомерное снижение давления. Исключение составляет 8-й месяц осушения, когда был зафиксирован «скачок» по всем трем перемычкам. Это связано с поступлением в скважину некоторых объемов поверхностных вод, превысивших отметку приемной воронки скважины. В результате этого восстающий (а именно туда был направлен трубопровод) был заполнен на всю его высоту до отметки -65.6 м. Еще одно повышение давления по манометру перемычки №1 зафиксировано на 10-й месяц осушения. Это повышение давления было прогнозируемым, т.к. связано с использованием фильтра, который устанавливался на дренажное отверстие Пер.1. В период испытаний фильтра была резко снижена производительность дренажного коллектора, что и привело к увеличению давления за перемычкой.
Отслеживание скачков давления по манометрам показало, что система наблюдений «чувствительна» к дополнительным притокам, либо к возрастанию сопротивления в дренажах и, следовательно, работоспособна.
Рис. 1. Изменение давления за перемычками и производительность дренажей в период осушения
В общем случае давление за перемычками пропорционально связано с производительностью коллекторов (рис. 1).
Система наблюдений продемонстрировала отслеживание скачков («возмущений») не только по давлению, но и по дебиту дренажей. Особенно хорошо это видно на графике, отражающем изменения по пер.1, на 10 и 12 месяце. Рост дебита на 12 месяце обусловлен предыдущим ростом давления, некоторым накапливанием воды. Так как дебит всех дренажей регулировался с целью обеспечения чистоты слива, то «пик» 12 месяца показывает, что он не сказался на качестве отфильтрованной воды (т.е. был менее 2 г/л).
В целом по системе осушения снижение давления воды в массиве (по показаниям манометров) сопровождалось снижением производительности дренажных устройств. Для более интенсивного осушения в период перехода на безотходное производство дренажные коллекторы должны иметь более высокую производительность, а качественное осветление должно обеспечиваться мощными дренажными подушками из естественных материалов вблизи перемычек. Полимерные дренажные материалы оказались непригодными из-за резкого возрастания сопротивления фильтров.
Принципиальные положения технологии размещения текущих хвостов обогащения в подземных отработанных камерах и схемы осветления и сброса воды из них реализованы полностью от начала заполнения до конечного этапа осушения. Сформированные массивы в основном обезвожены, хвосты в камерах перешли из текучего состояния в вязко-пластичное и частично в хрупкопластичное. Доказательством этого являются многочисленные трещины. Для уточнения пространственной дифференциации физикомеханических и водно-физических характеристик уложенных хвостов целесообразно провести их опробование по высоте камер, для чего необходимо организовать бурение глубоких скважин по сформированному массиву.
Безотходная технология производства железорудного концентрата предполагает практически полное размещение текущих хвостов обогащения в подземных отработанных камерах. Обоснование соотношений физических объемов производственных от-
1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Месяцы осушения .
ходов и объемов образовавшихся пустот при выемке кварцитов было сделано ранее [4]. Суть его состоит в том, что они очень близки, т.к. извлекается лишь магнитное железо (25% по массе) в виде концентрата, при разности плотностей ингредиентов в 2,2 раза (3,4 и 1,55 т/м3).
Опытные работы, проводимые на комбинате «КМ Ару да», показывают, что принципиальная схема размещения хвостов должна состоять из следующих элементов:
■ Узел забора (приготовления) хвостов на обогатительной фабрике. Приготовление хвостов (сгущение, смешивание) возможно производить вне фабрики.
■ Подземные участки с камерами, подготовленные к приему, складированию хвостов, водоотделению осветленной воды с транспортом ее к водосборникам и на поверхность.
■ Поверхностные и подземные магистральные пульповоды.
■ Подземные локальные сети пульповодов к каждой камере.
■ Резервная (аварийная) емкость на поверхности.
Узел забора (приготовления) хвостов должен обеспечить частичную или полную транспортировку смеси до места укладки, минимизацию подачи воды в шахту и
минимизацию помех в технологии обогатительного производства.
Подземные магистральные пульповоды имеют горизонтальные и вертикальные участки. Последние прокладываются в специи-ально пробуренных и оборудованных скважинах.
Расчеты показывают, что для 100 %-го размещения хвостов обогащения комбината в подземных камерах потребуется сооружение двух вертикальных подающих скважин с внутренним диаметром пульпопроводов в них 150-200 мм.
Технология подготовки для подземного складирования хвостов базируется на существующей технологии обогащения. Поэтому задача состоит в минимизации затрат на все процессы складирования в сочетании с минимизацией затрат и изменений непосредственно в обогатительном цикле.
Технологические схемы обогащения не-окисленных кварцитов ДОФ-1 и ДОФ-2 комбината «КМАруда» одинаковы и состоят из трех стадий измельчения, трех стадий классификации в спиральных классификаторах и гидроциклонах, пяти стадий магнитной сепарации с доотчисткой по каждой стадии (т.н. сепарация 1-ого и 2-ого приемов, соответствующие основной магнитной сепарации и доочистке).
Количественные характеристики по технологическим отходам производства (хвостам) комбината: производительность по
твердому 245 т/час, по пульпе 3528 м3/час, по воде 3442,3 м3, концентрация твердого 6,6 %. Распределение этих величин по стадиям и приемам сепарации, а также другие характеристики, необходимые для составления схемы подготовки закладочной смеси, приведены в таблице.
Анализ фактических схем обогащения на комбинате «КМАруда» показывает, что концентрация твердого и количество хвостов по стадиям обогащения в пульпе резко снижаются от первой к пятой (табл.), хотя крупность хвостов всех стадий близка. Из данных табл. видно, что после 1-ого приема 1-ой стадии обогащения в пульпе сосредотачивается около 55 % хвостов от их общей массы при весовой концентрации 27,8 %. Во время экспериментов по заполнению опытных камер в шахте за счет жесткого соблюдения технологического и водного режимов на ОФ №1 была достигнута среднемесячная концентрация твердого 29 % (за 4 мес.), а в последний месяц - средняя 29,6 %. В отдель-
ные сутки концентрации твердого достигали 32-34 %, разовые - до 40 %.
При объединении всех хвостов I стадии обогащения для подачи в шахту, их количество достигает 71.6 % от общей массы при весовой концентрации твердого 22,6 %. Совокупные хвосты остальных стадий в количестве 28,4 % имеют очень низкое содержание твердого - 2,4 %.
Исследования и расчеты показали, что существующая на поверхности трасса пульповода может обеспечить самотечное движение пульпы без закупорки при концентрации твердого до 40-45 % в пульпе. Надежное транспортирование пульпы под землей возможно при концентрации твердого до 50 %.
Поэтому, в принципиальной схеме подачи хвостов в шахту, особенно на 1-ом этапе, величина концентрации в 40-45 % является ограничивающей на участке от фабрики до скважины, а вторая - для транспортировки по шахте. В то же время, без сгущения может быть подано в шахту 55 % хвостов с концентрацией до 30 %, либо 72 % при концентрации 22,6-25 %.
Исходя из приведенных в таблице концентраций твердого и расходов воды на тонну хвостов по стадиям и их доле в общей массе (графы 11, 12, 13, 14 и 15) ясно, что нет смысла сначала разжижать пульпу смешением более плотных и жидких хвостов, а затем сгущать их перед подачей в шахту. Поэтому исходя из минимума дополнительных работ на 1-ом этапе формулируется следующая основная схема подачи хвостов в шахту:
■ Основная часть несгущенных хвостов комбината (55-72 %) подается в шахту при концентрации 22,5-30 % твердого (пульпа с I стадии обогащения) через существующую скважину №1 (О = 661 м3/час) при диаметре 200 мм.
■ Остальные хвосты (45-28 % от общей массы) объединяются в общий поток с концентрацией 2,4-3,4 % твердого и далее по вариантам рассмотрены схемы подготовки их подачи в шахту:
а) поступают самотеком в отстойник (буферную емкость), откуда они направляются к скважине №2, например, земснарядом;
б) несгущенная пульпа с обоих фабрик сгущается либо на фабриках, либо непосредственно у скважины №2, а слив направляется в отстойник, где накапливается твердое и затем также перекачивается к скважине. При
этом осветленная вода отбирается в оборот для ОФ, а для аварийного сброса всего потока необходимо иметь пульповод в аварийную емкость в обход скважин.
Из анализа табл. видно, что 55 % хвостов может быть подано в шахту при расходе воды 2,6 м3/т, либо 72-75 % хвостов может быть заскладировано без сгущения с расходом воды до 3,4 м3/т хвостов. Для сгущения остальной части хвостов потребуются большие затраты, т.к. концентрация хвостов на стадиях 11-У и 111-У составляет всего 2,4-1,8 %. При объединении хвостов стадий II-V с хвостами 2-ого приема 1-ой стадии концентрация составит 3,45 % или 27,9 м3 воды на тонну хвостов. Соответственно по такой общей схеме количество пульпы с первого приема первой стадии обоих фабрик может пройти через скважину №1, т.к. оно составит около 400 м3/час, а остальную пульпу предлагается сгущать в аварийной емкости, откуда она модернизированным земснарядом должна направляться к скважине №2.
Существующие земснаряды старой конструкции перекачивают пульпу с концентрацией до 10-12 % твердого. Модернизация всаса, установка специальной фрезы и др. изменения, либо установка нового земснаряда, позволят довести концентрацию до 35-40 %. В этом случае вся сгущенная пульпа из буферной емкости может быть перекачана в скважину №2, что позволит достигнуть практически полной перекачки хвостов в шахту, причем, по скважине №1 будет подаваться 55 % от общей массы хвостов при расходе воды 2,6 м3/т, а по скважине №2-45 % массы хвостов при расходе воды 1,5 м3/т, что по пульпе составит 203,5
м3/час.
Избыток воды из буферной емкости идет на ОФ №№1 и 2 для подпитки. Общая схема приведена на рис. 2. На каждом элементе схемы возможно множество модификаций, которые будут определяться конкретной ситуацией освоения и реализации технологии подземного складирования. Например, при экономической целесообразности может быть применено сгущение как для потока к скважине №1, так и для скважины №2, причем размещение сгустителей возможно как на фабриках, так и у скважин.
Реализация элементов генеральной схемы уже началась при минимальных затратах (этап А).
Принципиальная схема подготовки хвостов для полного складирования отходов обогащения в подземных камерах
A) - хвосты 1-ого приема I стадии магнитной сепарации ДОФ 1 без предварительного их сгущения - 13 % по твердому от общей массы отходов по комбинату закачивались в опытном порядке в шахту (левая нижняя часть схемы на рис. 2).
Дальнейшее развитие пути на безотходную технологию возможно по этапам (вариантам):
Для ДОФ 1
Б) хвосты I стадии (1-й и 2-й приемы) без сгущения - 17% по твердому от общей массы направляются через скважину П1;
B) хвосты 1-ой стадии (1-й и 2-й приемы) с предварительным сгущением на поверхности (на фабрике или у устья скважины) -12,7 % от общей массы направляются туда же. Уменьшение количества, по сравнению с теоретическим (см. табл.), происходит из-за потерь при сгущении в полочном сгустителе;
Для ДОФ-1 + ДОФ-2
Г) хвосты обогащения 1-го приема первой стадии сепарации с обеих фабрик -направляются в скважину №1 (55 % по твердому от общей массы);
Д) хвосты обогащения 1-го и 2-го приемов первой стадии без предварительного сгущения - 72% направляются в скважину №1;
Е) хвосты обогащения 1-го и 2-го приемов первой стадии с предварительным сгущением - (54 % от общей массы) направляются в скважину №1. Ситуация по потерям аналогична варианту В.
При этих вариантах будет происходить реализация всей левой части схемы подачи
хвостов в шахту. Дальнейшее развитие на пути к безотходному производству пойдет по реализации правой части схемы в вариантах либо без дополнительного сгущения после буферной емкости, либо в вариантах (на схеме не показано) сгущения перед скважиной №2 или непосредственно на буферной емкости перед перекачкой.
Поэтапное внедрение безотходной технологии производства железорудного концентрата позволит также существенно улучшить использование водных ресурсов по сравнению с действующей технологией добычи и переработки руд. За счет оборотного водоснабжения количество технической воды, изъятой из природных источников и полученной от других предприятий, будет сокращаться по мере реализации вариантов с 29,3 млн м3/год до 2,4 млн м3/год, а потери технической воды с 5 млн м3/год до
0,5 млн м3/год.
При подаче хвостов через скв.№1 только с 1-ого приема I стадии с обеих фабрик в количестве 134,3 т/час по твердому объемная производительность по твердому составит 86,6 м3/час. При средней емкости камер около 100 тыс. м3 чистое время заполнения по твердому составит 1155 часов или 50 суток непрерывной работы.
В связи с особой технологией укладки в камеру, требующей этапного уплотнения по высоте, в работе должно одновременно находиться не менее 5 камер для обеспечения непрерывной работы фабрик. Следовательно, чистое время заполнения составит 250 суток, реальное не менее одного года. Но при этом необходимо расширение подземной насосной, т.к. она не обеспечит откачку дополнительной воды в объеме до 350 м3/час, ибо расход воды на 1 т хвостов в этой схеме 2.6 м3.
При сгущении хвостов на поверхности до соотношения Т:Ж = 1:1 (50 % твердого) приток от закладки увеличивается до 150 м3/час и это может быть компенсировано установкой лишь одного дополнительного насоса.
Предложенная схема обеспечит этап-ность реализации и развитие очередного этапа за счет экономии, создаваемой на предыдущем, а также открывает пути со-
1. Томаев В.К., Ельников В.Н., Ёейзе-рович С.Г., Усков А.Х. Подземное складирование хвостов обогащения в условиях шахты им. Губкина, Горный журнал №9, 2001, с. 45-49.
2. Ельников В.Н., Ёейзерович С.Г., Усков
А.Х. Опытные работы по созданию безотходной технологии на комбинате «КМАруда», Горная промышленность №5, 2001, с.6-9.
вершенствования - уменьшения подачи воды в шахту, пути минимизации затрат и др. Ожидаемый эффект - 20 руб/т хвостов, получен в период экспериментальных работ. При минимальных затратах может быть реализован I и II этапы, при которых объем подземного складирования составит ~1 млн т/год, т.е. более 50 % от их общего количества.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Ёейзерович С.Г., Усков А.Х., Ельников
В.Н. Исследование технологических параметров заполнения хвостами обогащения подземных отработанных камер комбината «КМАруда», Горный информационно-аналитический бюллетень, - М.: Изд. МГГУ, №11, 2001, с. 105-109.
4. Артеменко В.А., Ельников В.Н., Лейзеро-вич С.Г. Комбинат «КМАруда» в условиях рыночных отношений, Горный журнал №1-2, 1996, с. 64-66.
— Коротко об авторах
Томаев В.К. - генеральный директор, ОАО «Комбинат КМАруда».
Ельников В.Н. - главный инженер, ОАО «Комбинат КМАруда».
Ёейзерович С.Г. - зав. лабораторией технологии подземных горных работ, ОАО «НИИКМА». Усков А.Х. - ст. научный сотрудник, кандидат технических наук, ОАО «НИИКМА».
---------------------------------------------- РУКОПИСИ,
ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
1. Тухсанов Х.А. Роль банковской процентной политики в оптимизации прибыли (дохода)
коммерческих банков (№ 345/04-04 — 04.03.04) 4 с.
