CC BY
78
сследования и разработки Событие года в цветной металлургии
Инновационные технологии доказывают свою эффективность
Металлургия, на первый взгляд, — не лучшая сфера для инноваций. Действительно, что можно улучшить в технологиях, которые совершенствовались не одно столетие? Традиционная схема от «добычи и обогащения руды к плавке и освобождению от примесей» может показаться незыблемой. Между тем, даже в такой консервативной отрасли, как металлургия, есть место для инноваций, причем самых радикальных.
В сентябре 2005 года на предприятии «Уралгидромедь» начал работать единственный в своем роде промышленный комплекс добычи меди, где нет ни добычи, ни обогащения, ни плавки металла.
Уникальность разработки в том, что впервые в мире в одном производственном процессе объединены подземное выщелачивание руды, экстракция меди из раствора и электровининг — особый вид электролиза.
Новый способ добычи отличается не только технологической оригинальностью, но и высокой экономичностью и низкой себестоимостью производства металла.
Кардинальные новации случаются в металлургии нечасто, и открытие промышленного комплекса «Уралгидромеди» с полным правом можно назвать событием года не только в отечественной цветной металлургии, но и в сфере российских инноваций.
Испытания инновационной технологии добычи начались еще в 2000 году, когда специалисты ЗАО «Уралгидромедь» (которое входит в состав «Русской медной компании») занялись строительством опытной установки на Гумешевском месторождении в городе Полевской Свердловской области.
Сегодня металлурги уверены, что успех проекта на Гумешевском месторождении произведет революцию в российском медном комплексе. Новая технология не только повышает экономическую эффективность добычи, но и позволяет работать с бедными рудами небольших месторождений или отвалов.
Циркуляция водных растворов заменила добычу и плавку
Общая схема нового способа добычи выглядит довольно просто. Сначала растворы кислот закачиваются под землю через скважины или через траншеи. При взаимодействии растворов с рудой происходит их обогащение металлом. После этого, уже в виде продуктивных растворов они вновь поднимаются на поверхность через систему откачных скважин. При этом не требуется извлечения, обогащения, плавок и рафинирования, что резко повышает эффективность производства. Несмотря на кажущуюся простоту, новый способ добычи имеет немало технологических секретов, которые делают новую отечественную разработку настоящим know-how.
Производство состоит из двух основных технологических переделов: жидкостной экстракции и электролиза меди. Медьсодержащие растворы подземного выщелачивания, предварительно нагретые в пластинчатом теплообменнике горячей водой, подаются на жидкостную экстракцию. Этот процесс проходит в двух экстракторах, каждый из которых состоит из камеры смешения и камеры отстоя. Органическая фаза состоит из экстрагента Lix984N и разбавителя Shellsol D-90. Уникальные свойства экстрагента позволяют более чем на 90% извлечь медь из раствора в органическую фазу. При этом практически все содержащиеся в растворе примесные элементы остаются в растворе.
Как поясняют авторы разработки, основа их новой технологии — это массообмен между водным раствором медьсодержащих соединений и так называемой органической фазой — жидкостью с низкой плотностью и концентрацией экстрагента от 6 до 12%. После смешивания этих жидкостей образовавшаяся эмульсия направляется на отстаивание, в ходе которого жидкости в силу различия плотностей вновь разделяются. На основе обогащенной медью органической фазы образуется раствор с высокой концентрацией меди. В дальнейшем эта медь извлекается
Гидрометаллургический комплекс ОАО «Уралгидромедь» Основные характеристики:
• срок эксплуатации Гумешевского месторождения — не менее 14 лет;
• норма доходности инвестиционных затрат — 50%;
• срок окупаемости — 4 года;
• ожидаемая рентабельность готовой продукции — 26,6%;
• общий объем инвестиций 20042005 гг. — 15 млн долларов;
• численность работников предприятия при выходе на проектную мощность — 216 человек;
Проектные объемы производства катодной меди:
• первая очередь, 2005 год — 5000 тонн/год;
• вторая очередь, 2006 год — 10000 тонн/год.
Основные потребители:
• ЗАО «Новгородский металлургический завод» (входит в ЗАО «Русская медная компания»);
• ОАО «Ревдинский завод ОЦМ» (входит в ЗАО «Русская медная компания»).
ИННОВАЦИИ № 9 (86), 2005
ИННОВАЦИИ № 9 (86), 2005
посредством элекровининга, а раствор, из которого она извлечена, вновь используется для подземного выщелачивания меди.
Таким образом, всего за две технологические операции из бедного по меди раствора с большим количеством примесей получается катодная медь высшего качества марки М00К. Кроме того, на предприятии не образуются жидкие или твердые отходы — все технологические растворы постоянно находятся в обороте. Практически отсутствует и выброс вредных веществ в атмосферу.
На технологическом поле «Уралгидромеди» проложено около 3 км трубопроводов и оборудовано 180 технологических скважин. Построены также две насосные станции с производительностью по 600 кубометров в час и два песко-отстойника емкостью по 1200 кубометров.
Важным преимуществом нового способа добычи является его экологичность. Прежде всего, подземное растворение руды помогает решить проблему отвалов, которые теперь можно будет рекультивировать. Кроме того, влияние нового метода на окружающую среду поддается жесткому экологическому контролю.
Вот что рассказывает о системе мониторинга начальник проектно-технического управления РМК Иван Агалаков: «Чем хорош метод подземного выщелачивания с экологической точки зрения?
На нашем руднике отсутствует карьер, отсутствует хвостовое хозяйство, и его работа не нарушает рельеф. Система мониторинга организована таким образом, чтобы полностью исключить попадание подземных вод за пределы рабочей зоны. Для этого на нашем предприятии организовано четыре пояса контроля.
Наблюдения за первыми двумя поясами безопасности позволяют корректировать технологический процесс и не допустить появления растворов меди в четвертом поясе. Таким образом, внешняя граница разработки остается чистой зоной».
Чистые безлюдные цеха гидрометаллургического комплекса напоминают станцию фильтрации или фармацевтическую фабрику — только без твердых или жидких отходов и выбросов вредных веществ в
атмосферу. Единственный признак металлургического предприятия — это готовая продукция в виде медных катодов марки М00К, которые соответствуют требованиям Лондонской биржи металлов (ЬМЕ).
«Технологии нам помогли отработать специалисты бывшего Минсредмаша, которые занимались добычей урана»
При реализации инновационного проекта в Полевском специалисты учли опыт эксплуатации аналогичных предприятий в других странах. Несколько попыток отечественных институтов создать технологии для возобновления эксплуатации Гу-мешевского месторождения зашли в тупик. Поэтому привлечение иностранных технологов объясняется просто — они были единственными претендентами с аналогичным опытом проектирования, строительства и эксплуатации гидрометаллургических производств.
Запуску промышленного комплекса предшествовали почти четыре года испытаний. На этом этапе металлурги убедились в том, что подземная циркуляция растворов может обеспечить необходимый выход меди, не нарушая при этом экологических ограничений. Используемые в мировой практике традиционные методы выщелачивания (такие, как чановое и кучное выщелачивание) для условий Гумешевского месторождения не гарантировали положительного результата. Кроме того, появление в городской черте глубокого карьера и «хвостохра-нилища» было неприемлемо с точки зрения экологии. Наилучшим решением в этом случае оказалось именно подземное выщелачивание. Основная проблема отработки гидрометаллургических технологий состоит в том, что процессы подземного выщелачивания невозможно смоделировать в лабораторных условиях с достаточной степенью точности. Зарубежный и отечественный опыт организации промышленной добычи методом подземного выщелачивания показал, что для получения исходных данных для проектирования необходимо проведение опытно-промышленных испытаний непосредственно на рудном теле месторождения. Организация таких испытаний требует достаточно больших капитальных и эксплуатационных
История добычи на Гумешевском месторождении
Добыча окисленных медных руд с содержанием меди 4-5% началась на Гумешевском месторождении в 1702 году. Плавка меди на Полевском медеплавильном заводе идет с 1724 года. С 1907 по 1919 годы на Гумешевском медеизвлекательном заводе методом сернокислотного выщелачивания были переработаны отвалы старого производства (17271871) с получением цементационной меди.
С 1926 по 1930 год рудник находился в концессии английской компании «Лена Голдфилдс». В 1937 году началась добыча разведанных сульфидных руд глубокого залегания. Они добывались подземным методом с 1958 по 1994 год с глубин до 550 метров. Позже добыча была остановлена из-за истощения запасов, а шахты закрыты. От месторождения осталась только так называемая шапка из медьсодержащих глин. Основными породообразующими минералами являются кварц, хлорит (клинохлор), мусковит-иллит и гетит-лимонит, в небольших количествах — тальк и каолинит. Медь в таких рудах находится практически полностью в окисленной форме и представлена минералами: малахитом, хрихоколлой, в меньшей степени купритом и самородной медью. Кроме этого, часть окисленной меди вкраплена в железистые руды — гетит и лимонит. Предварительные запасы меди в медьсодержащих глинах по категориям С1 и С2 составляют порядка 250 тысяч тонн.
Гидрометаллургия — извлечение металлов из руд, концентратов и отходов различных производств водными растворами химических реагентов с последующим выделением металлов из растворов. На перспективы гидрометаллургических процессов в 1763 году указывал еще М. В. .Ломоносов. Значительный вклад в развитие гидрометаллургия внес русский ученый П. Р. Багратион, создавший теорию цианирования золота (1843 год). В начале XX века промышленное значение приобрела гидрометаллургия меди. Позднее были разработаны гидрометаллургические способы получения других металлов. Форма поверхности и размер частиц растворяемого минерала определяют функциональную зависимость количества растворившегося металла от времени контакта с раствором, поэтому они влияют на степень извлечения и объем аппаратов для выщелачивания. Растворителями для выщелачивания соединений является преимущественно серная кислота (ванадий, медь, цинк), сода, аммиак, цианистые соли.
затрат. Для снижения капитальных затрат на строительство и уменьшения риска для инвестиций на этапе экспериментов не использовались технологии органической экстрации и электровининга, а в качестве готового продукта получалась цементационная медь. (В создании экспериментального производства участвовали специалисты ЗАО «Уралгидромедь» и компании SNC-Lavalin Europe Ltd — Великобритания.)
После подтверждения эффективной работы пилотной установки было решено начать строительство промышленного комплекса с объемом производства около десяти тысяч тонн высококачественной меди в год (после пуска второй очереди). Сооружение нового предприятия по извлечению меди с помощью подземного растворения руды началось в декабре прошлого года, а закончилось в сентябре нынешнего. Общий объем инвестиций в проект промышленного освоения уникальной технологии превысил $15 млн. Проектировщиком и подрядчиком при строительстве комплекса выступила финская компания «Outokumpu Technology Oy». Специалисты из Финляндии высоко оценили работу российских химиков, металлургов и горных инженеров. «Русские люди построили установку, которой нет нигде в мире, и она работает очень успешно», — заявил вице-президент финской компании-подрядчика Рауно Хукканен после знакомства с результатами экспериментальной отработки нового способа добычи. «Эта технология
будет работать во все мире, в том числе — и в Финляндии, повсюду, где есть проблема отработанных месторождений и где содержание меди в руде не позволяет применять традиционные методы переработки», — говорят финские специалисты. Президент РМК Всеволод Левин согласен с финнами: «Наша технология действительно уникальна. Такой технологии в России раньше не было. А такого комплекса — подземного выщелачивания с электровинингом — не было во всем мире. Технологии нам помогли подобрать специалисты бывшего Минсредмаша, которые занимались подземным выщелачиванием урана».
Напомним, что гидрометаллургический способ был впервые разработан и внедрен еще в СССР в 1960-е годы и первоначально применялся для добычи урана и редкоземельных металлов. Остальной мир отстал во внедрении данной технологии почти на десятилетие, так как западные эксперты посчитали экзотический метод «экологически неблагонадежным». Однако практика показала, что выщелачивание рудного тела с применением слабых растворов кислот (менее 5% содержания кислоты в растворе) оказывается экологически более чистым, чем применявшиеся до этого методы шахтной и карьерной добычи урана. Именно поэтому гидрометаллургические технологии добычи редкоземельных металлов получили сегодня во всем мире самое широкое распространение.
