Пути решения проблемы оперативного контроля качества минерального сырья Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© А.А. Азарян, Ю.Г. Вилкул, В.А. Колосов, В.Д. Сидоренко, 2004

УДК 658.652.64.622.3

А.А. Азарян, Ю.Г. Вилкул, В.А. Колосов, В.Д. Сидоренко

ПУТИ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ

Семинар №2

Рост объемов потребления полезных ископаемых выдвигает проблемы расширения сырьевой базы, обеспечения качества сырой и товарной руды, рентабельности горнодобывающих и горно-перерабатывающих предприятий. Как показывает анализ, за последние 20-30 лет в отрасли содержание железа снизилось в среднем на 12.9 % [1, 2], оксида хрома на 7 %, марганца на 7.3 %. Для отдельных предприятий черной металлургии содержание полезного компонента в сырой руде за 30 лет снизилось от 3 до 12 % (шахты Кривбасса, Ков-дорский, Соколовско-Сарбайский, Лебединский, Магнитогорский, Орджоникидзев-ский ГОКи, Гороблаго датское, Шергешев-ское, Таштагольское рудоуправление и Абаканский железный рудник) (рис. 1а). Снижение содержания металла в сырой руде увеличивает себестоимость и расход сырой руды на одну тонну товарной (рис. 1б) [2].

Для расширения сырьевой базы и обеспечения необходимого объема добычи руд можно использовать один из следующих вариантов либо их сочетание:

• снижение бортового содержания на действующих месторождениях;

• разработка месторождений бедных руд;

• повторная разработка и добыча "потерянных" руд;

• вовлечение в процесс переработка складов некондиционных руд.

Например, снижение бортового содержания железа до 40 % и 35 % в Кривбассе увеличит запасы железорудного сырья в 2.05 и 3.48 раза [2]. "Потерянные" руды по Кривбассу, как показал анализ, проведенный научными сотрудниками НИГРИ [3], составляют более 300 млн т с содержанием железа 58 %. Реализация вариантов обеспечения необходимого объема добычи и

расширения сырьевой базы возможна только при наличии в технологии добычи и переработки руд оперативного контроля и управления качеством минерального сырья. Решение проблемы оперативного контроля и управления качеством минерального сырья позволит оптимизировать технико-экономические показатели добычи и переработки руд.

В связи с высокой себестоимостью добычи руд, снижением содержания металла в сырой руде и дефицитом высококачественных товарных руд, проблема обеспечения качества в горнорудной промышленности приобретает особое народнохозяйственное значение.

Обеспечение металлургического производства высококачественным сырьем продолжает оставаться острой и трудоемкой проблемой. В последние годы получили бурное развитие методы контроля физикохимических параметров горных пород, такие как акустические, электромагнитные и ядернофизические. Особое место среди методов контроля занимают ядернофизические. Эти методы оперативного контроля отличаются от других простотой, технологичностью и высокой информативностью.

Опыт показал, что даже если стабилизировать нагрузку на конвейере, то при отсутствии стабилизации качества минерального сырья не достигается оптимальный экономический эффект. Например, на Соколов-ско-Сарбайском ГОКе как увеличение, так и уменьшение содержания железа в обогащаемой руде на 1 % по сравнению с оптимальным уровнем, равным 42.1 % приводит к одинаковому экономическому ущербу, оцениваемому в сумме около 3.2 рубля на каждые 100 т сырой руды [4]. При усреднении железорудного сырья уменьшение колебаний массовой доли полезного компонента

Рис. 1а. Динамика содержания железа в сырой (1), товарной (2) руде на горнодобывающих предприятиях бывшего СССР и в рудах подземной добычи Кривбасса (4) и их себестоимость (3)

Рис. 1б. Расход сырой руды на 1 т товарной в железорудной (1), марганцевой (2) и хромовой (3) промышленности за период 1955-2002 гг.

в два раза обеспечивает при обогащении повышение извлечения железа в концентрат в среднем на 2 % и позволяет на тех же производственный площадях увеличить производство концентрата на 296 тыс. т в год при производительности карьера 25.3 млн т [4].

Анализ показал, что колебания содержания полезного компонента отрицательно отражаются на работе обогатительных установок. Кроме того, чтобы достичь желаемого эффекта от стабилизации качества минерального сырья, необходимо осуществить непрерывный контроль по всей технологической цепи от добычи до переработки включительно. Очевидно, что при колебаниях содержания полезного компонента от 1.1 % до 5.5 % в исходной руде, получить качественный концентрат и оптимальное извлечение металла невозможно. Отсутствие же управления качеством делает эту задачу практически неразрешимой. В результате происходят потери рудных кусков и снижение качества концентрата [5].

В настоящее время в отрасли в основном пользуются дискретными методами контроля качества минерального сырья в различных звеньях технологической цепи ДОФ.

Однако анализ даннык железный, хромовый и марганцевый руд показывает, что дискретный контроль методом химического анализа с периодом 2 часа неприемлем для оценки качества и регулирования технологических

процессов при переработке руд, так как этот способ контроля является пассивным и не может оперативно влиять на технологию добычи и переработки руд. В интервалах между периодами отбора проб в исходной руде содержание полезного компонента меняется от 1.35 % до 4.3 % в железный рудах, от 1.5 % до 4.1 % в хромовых рудах, от 1.3 % до 5.5 % в марганцевый рудах.

Система контроля и управления качеством минерального сырья - важная информационная подсистема, включающая совокупность технических, технологических, организационных и методических средств. Четкая взаимосвязь этих средств обеспечивает стабилизацию качества на всех этапах переработки минерального сырья. При этом контроль качества руд должен осуществляться в разведочных, буровзрывных скважинах, в массиве, взорванной горной массе, вагонетках, усреднительных складах, технологических потоках обогатительной фабрики, дробленой и измельченной горной массе.

Многообразие взаимосвязанных направлений контроля и управления качеством минерального сырья, характеризующихся различными сочетаниями способов и средств контроля, вызывает необходимость их систематизации. При этом учитывается место осуществления контроля, непрерывность или же дискретность и дальнейшее использование результатов контроля для управления технологическими показателями переработки руд.

Проблему оперативного контроля и управления качеством минерального сырья можно решить, только при системном подходе, то есть всю технологическую линию от добычи руд до металлургического пере-

дела включительно охватить замкнутой системой контроля качества. Следующим шагом является реализация функции управления качеством горной массы в технологических потоках с последующим анализом полученных результатов.

Структурная схема комплексной системы контроля и управления качеством минерального сырья приведена на рис. 3. Схема состоит из пяти взаимосвязанных этапов. Результаты оперативного контроля на каждом этапе анализируются с учетом не только качества, но и объемов добыни. В соответствии с этими данными осуществляется оперативное управление качеством руд на пятом (последнем) этапе системы [5].

Первый этап обеспечивает оперативный контроль содержания полезного компонента при подготовке эксплуатационных блоков к взрывной отбойке и выемке руды из недр. При этом ЯФМ используются для каротажа скважин, опробования руд в массиве и стенок горных выработок. В процессе этих работ осуществляются оконтуривание рудных тел, оценка содержания полезного компонента и вмещающих пород, подсчет запасов полезных ископаемых, уточнение границ отбойки и составление планов отработки блоков с учетом технологических сортов и особенностей переработки руд.

В проблемно-отраслевой лаборатории (ПОНИЛ) Министерства промышленной политики Украины при Криворожском техническом университете авторским коллективом под научным руководством профессора, Заслуженного деятеля науки и техники Украины Азаряна А.А. разработаны, серийно изготовлены и внедрены в горнометаллургическое производство средства оперативного контроля и управления качеством минерального сырья[5].

Для каротажа взрышнык скважин при открытой добыне разработана каротажная станция "Карьер-Кривбасс". Станция "Карьер-Крив-басс" прошла испытания на ГОКах Крив-басса и Полтавском ГОКе при сухих и об-водненнык скважинах и в настоящее время эксплуатируется на НКГОКе. На этом этапа применение ЯФМ уменьшает потери и разу-боживание руд на 3-5 %. Результаты оперативного контроля первого этапа поступают в информационно-управляющую сеть вычислительной системы (пятый этап), где вырабатываются рекомендации для ведения горно-подготовительных и буровзрывных работ.

Второй этап обеспечивает оперативный контроль качества при добыче и транспортировке горной массы. При этом осуществляется также порционная сортировка горной массы как при выпуске (погрузке), так и при транспортировке.

Для порционной сортировки можно использовать либо результаты оперативного контроля качества горной массы в транспортных емкостях, конвейерах, либо использовать ядернофизическую порционную сортировку. Для оперативного контроля качества минерального сырья в естественном залегании (этап I), при добыче и транспортировке горной массы (этап II) целесообразным является использование переносных приборов, обеспечивающих контроль содержания полезного компонента без отбора и подготовки проб. Различные модификации рудничных радиометров внедрены на всех шахтах Кривбасса, шахте "Молодежная" и руднике "Донское" Донского ГОКа, Запорожском железорудном комбинате, Таврическом ГОКе, Полтавском ГОКе, Вос-тГОКе, ПО "Апатит", Лебединском ГОКе, Яковлевском карьере (Россия).

Использование ЯФМ на втором этапе позволяет выделить 10-20 % пустой породы из горной массы, разделить горную массу на технологические сорта и осуществить раздельную переработку руд [5]. В настоящее время в ПОНИЛ разработано и внедрено на всех шахтах Кривбасса комплексное устройство ПАКС-4М оперативного контроля качества минерального сырья при отгрузке товарной руды потребителю. Кроме того, для опробования товарной руды непосредственно в конусах и в железнодорожный вагонах разработано устройство ПАКС-4К [5].

На третьем этапе осуществляется непрерывный контроль и управление качеством горной массы в технологических потоках. При этом в зависимости от изменения содержания полезного компонента, класса крупности и условий производства можно управлять качеством горной массы на конвейере несколькими способами.

Разработаны и испыгганы1 в условиях шахт Кривбасса и Донского ГОКа гамма-абсорбционные и гамма-гамма сепараторы. Повышение содержания железа и оксида хрома в концентрате по всем разновидностям руд составило в среднем 9.9 % и 2.2 % соответственно, а количество пустой породы в переработанной горной массе снизилось более чем на 84 %.

I I

Рис. 2. Система контроля и управления качеством минерального сырья

На четвертом этапе обеспечивается непрерывный контроль веса горной массы и содержания полезного компонента на конвейере, что позволяет стабилизировать режим работы обогатительных установок и повысить качество продуктов обогащения. Для реализации третьего и четвертого этапов комплексной системы рекомендуется многоканальная микропроцессорная система контроля и управления качеством мине-

рального сырья типа НАКС.

В настоящее время разработана, изготовлена и внедрена на шахте "Гвардейская" микропроцессорная система НАКС-ПК для оперативного контроля и управления качеством и массой железорудного сырья на конвейере.

Пятый этап комплексной системы реализуется на базе персональных ЭВМ и обеспечивает контроль и сравнение качества и объемов добычи с плановыми показателями. В случае отклонения контролируемых параметров информационно-управляющая система дает конкретные рекомендации диспетчеру участка (фабрики), что позволяет осуществить оперативный контроль и управление качеством добычи и переработки руд.

Полномасштабное внедрение комплексной системы контроля и управления качеством минерального сырья, только по Крив-бассу, даст экономический эффект более пяти миллионов долларов в год.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Антоненко Ё.К. Технический уровень и проблемы развития горнорудной промышленности черной металлургии СССР //Горный журнал. -1988. - № 1. - С. 3-10.

2. Хомяков В. И. Обоснование выбора схем развития подземной добычи железных руд: Автореф. дис. д-ра техн. наук. -Кривой Рог, 1990. -37 с.

3. Повторная разработка железорудных месторождений Кривбасса /В.К. Плеханов, Ф.Г. Рах-

тер, Л.М. Михайленко и Др. //Бюллетень ЦНИИ ЧМ. - 1984. - № 21. - С. 3-11.

4 Бастуй П.П. Усреднение руд как эффективное средство использования недр. В сб.: Вопросы рудничной геологии. -Белгород: ВИОГЕМ. -1970. -С. 14-16

5 Качество минерального сырья/А.А. Азарян, В. А. Колосов, Ё.А. Ёомовцев, А. Д. Учитель.-Кривой Рог. Минерал, 2001. - 203 с.

— Коротко об авторах

Азарян А.А. - профессор,

Випкул Ю.Г. - профессор, доктор технических наук, ректор, Колосов В.А. - профессор,

Сидоренко В.Д. - профессор, доктор технических наук, проректор, Кр иворожский государственный технический университет.