Совершенствование процессов рудоподготовки основных типов сурьмяных месторождений Восточного Забайкалья Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.7.9

© О.А. Поляков, Ю.В. Павленко, 2012

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РУДОПОДГОТОВКИ ОСНОВНЫХ ТИПОВ СУРЬМЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ

Рассмотрены конкурирующие варианты технологических проектов переработки кварц-антимонитовых руд двух геолого-промышленных типов месторождений Восточно-Забайкальской сурьмяной провинции. Предложена единая принципиальная схема рудоподготовки. Ключевые слова: месторождение, антимонит, сурьма, рудоподготов-ка, гравитация, рентгенорадиометрическая, тяжелосредная сепарации, технологическая схема, концентрат, промпродукт, Восточное Забайкалье.

Совершенствование процессов рудоподготовки — одно из приоритетных направлений модернизации производства на горно-обогатительных предприятиях, поскольку этот этап является наиболее трудозатратным переделом на обогатительных фабриках (более 60 % от общих эксплуатационных расходов на фабриках). В современных условиях при росте цен на энергоресурсы актуальность решения этой задачи еще более возрастает.

Действующие горно-обогатительные предприятия по мере отработки промышленных запасов месторождений вынуждены вовлекать в эксплуатацию новые мелкие месторождения, возвращаться к ранее разрабатываемым участкам месторождений, переходить на более глубокие горизонты, используя бедные и забалансовые руды. Это приводит к необходимости корректировки существующих схем рудоподготовки. Вновь создаваемые предприятия должны проектироваться на основе технологических регламентов, учитывающих последние достижения научно-технического прогресса в горнодобывающей промышленности.

Для решения этих задач необходим анализ конкурирующих вариантов технологических проектов, экономическая их оценка. Технические решения требуют использования современного оборудования и технологий, обеспечивающих наиболее эффективные технологиче-

ские показатели. Только при выполнении этих условий возможно принятие решений, существенно улучшить работу предприятий.

В новой Восточно-Забайкальской сурьмяной провинции России известно около 250 средних, мелких месторождений, проявлений и пунктов минерализации часто с богатыми сурьмяными рудами, которые практически не изучены [1]. Они локализуются в различных по составу горных породах и обычно приурочены к разрывным нарушениям. Учитывая все возрастающий в мире спрос на сурьму, необходимость освоения крупных прогнозных ресурсов провинции (около 80 % российских, по сумме категорий) становится очевидной. На современном уровне изученности основная часть сурьмяных объектов региона относится к ртутно-сурьмяный джаспероидному и сурьмяному золото-кварцевому геолого-промышленным типам. Они учитывают важнейшие технологические, горнотехнические и экономические характеристики рудных объектов. Эталонными представителями этих типов являются соответственно среднее по запасам Солонеченское и мелкое-Жипкошинское месторождения, геолого-промышленная оценка которых выполнена в последние годы [2].

Промышленные рудные тела месторождений представлены сложными пластово-линзообразными залежами, жилами, линейными штокверками и минерализованными зонами с переменной мощностью, протяженностью и содержанием полезного компонента, руды характеризуются близкими структурами, текстурами и размерами вкрапленности полезного минерала. Близость генетических особенностей месторождений, однотипный вещественный состав руд и технологических свойств, позволяют отнести кварц-антимонитовые руды месторождений к одному технологическому типу — легкообогатимых сульфидных антимонитовых руд. Единственным полезным ископаемым месторождений является антимонит, вторичные сурьмяные минералы присутствуют в слабо развитой зоне окисления. Ассоциирующее с антимонитом, но более раннее по возрасту золото развито в малых количествах, трудно обогащаемо, его концентрирование экономически нерентабельно; часть золота, а также серебра может извлекаться при металлургическом переделе сурьмяных концентратов.

По материалам разведочных работ геолого-экономические показатели обоих месторождений обеспечивают рентабельную

отработку отдельных участков открытым, подземным и комбинированным способами. Анализ результатов разведочных работ показывает, что руды месторождений со средним содержанием соответственно около 9 и 2 % могут рентабельно перерабатываться на горно-обогатительных предприятиях с годовой производительностью 87 и 50 тыс. т руды по гравитационно -флотационной схеме. Однако себестоимость концентратов сильно зависит от технологии рудоподготовки. На этом этапе на Со-лонеченском месторождении использована схема традиционной двухстадийной дезинтеграции минералов, на Жипкошинском — дополнительно включены процессы предварительного концентрирования, включающие современные методы рентгенорадио-метрической (РРС) и тяжелосредной (ТСС) сепарации.

Оценка экономической эффективности промышленного освоения месторождений выполнена на уровне горно-обогатительного передела одновременно в ценах 2009 г. в рублёвом исчислении при цене тонны сурьмы, соответственно, 5840 и 6000 американских долларов. Промышленная значимость Солонеченского месторождения определена, исходя из условия законченного строительства железной дороги Нарын-Лугокан.

По результатам разведочных работ на Солонеченском месторождении подсчитаны промышленные запасы сурьмы категории С1 и С2 и определена их экономическая значимость. Вещественный состав и технологические свойства руд изучены на 4 лабораторно-технологических и одной укрупнено- технологической пробах. Геолого-технологическое картирование осуществлено на 25 малообъемных технологических пробах. Технологический регламент на проектирование обогатительной фабрики разработан по результатам опытно-промышленных испытаний на укрупненной лабораторной пробе (2000 кг) в ООО «Институт Гипроникель» (НП Технопарк-Апатиты). Рекомендована гравитационно-флотационная технология обогащения с получением сурьмяного концентрата КСУФ-2 с содержанием сурьмы 50,45 % при извлечении 95,72 %, потребителем которого предполагается ОАО «Рязцветмет», входящее в группу компаний «Русские аккумуляторы».

Экономическая значимость запасов определена ТЭО постоянных кондиций по детальным экономическим расчетам с вариантами бортового содержания сурьмы 0,9, 1,5, 2,1 и 2,7 %. Для откры-

той отработки оптимальным является вариант освоения запасов, подсчитанных при бортовом содержании сурьмы 1,5 % с минимальной мощностью рудного тела 3 м и максимальной мощностью прослоев пустых пород и некондиционных руд, включаемых в подсчет запасов, 3 м. Для подземного способа принят вариант отработки запасов с бортовым содержанием сурьмы 2,1 %, при минимальной мощности рудного тела 1 м и максимальной мощности прослоев пустых пород и некондиционных руд, включаемых в подсчет запасов, — 1 м. На этих запасах возможно функционирование горно-обогатительного предприятия в течение 7 лет. Прогнозные ресурсы способны продлить существование ГОКа ещё на год. В составе предприятия предусмотрены 2 карьера, 2 шахты, обогатительная фабрика и полный комплекс производств, обеспечивающих функционирование предприятия. Продукция ГОКа востребована и обладает высоким экспортным потенциалом.

Эксплуатационные затраты по вариантам бортового содержания составляют 4082—3488 млн руб., удельные затраты на 1 т руды, соответственно, 4657-6606 руб., в том числе на переработ-ку-1065-1159 руб.

На Жипкошинском месторождении по результатам разведочных работ промышленные запасы сурьмы подсчитаны по тем же категориям. Вещественный состав и технологические свойства сурьмяных руд изучены по 8 укрупненным лабораторно-технологическим пробам (в т.ч. полупромышленных испытаний), технологический регламент разработан ООО «Радос» и ОАО «ИРГИРЕДМЕТ». Он включает высокоэффективные методы предобогащения (РРС и ТСС), которые позволяют на начальной стадии удалить до 70—75 % пустой породы. Сквозное извлечение сурьмы в товарные гравитационный и флотационный концентраты составляет-78,5 %.

В ТЭО постоянных кондиций экономическая значимость запасов рассчитана по вариантам бортового содержания сурьмы 0,5, 0,7, 09 и 1,1 %. Для балансовых запасов рекомендован вариант бортового содержания по мощности 0,7 %, минимальная мощность рудного тела 2 м,_максимальная мощность некондиционных прослоев 2 м, для забалансовых-блоки в пределах карьера с содержанием сурьмы от 0,5 до 0,7 %, а за пределами карьеров-с содержанием сурьмы 0,7 %. Этот вариант обеспечивает наиболее полное использование запасов в недрах при практически равных показате-

лях экономической эффективности по бортам 0,9 и 1,1 %. По горно-геологическим условиям верхние горизонты месторождения благоприятны для отработки открытым способом (5 небольших карьеров глубиной до 30—50 м, средний коэффициент вскрыши 7,2 м 3/т). Возможность отработки запасов за контуром открытых работ подземным способом оценена по аналогии с ТЭО кондиций по Солонеченскому месторождению и оказалась нерентабельной (с бортовым содержаниям 2 % БЬ и выше выделяются отдельные разобщенные тела с незначительными запасами). На промышленных запасах горно-обогатительное предприятие может работать 9 лет.

Эксплуатационные затраты по вариантам бортового содержания составляют 693—590 млн руб., удельные затраты на 1 т руды, соответственно, 1391—1441 руб., в том числе на переработку — 439 руб.

Обращает внимание, что несмотря на большую (в 1,7 раза) производительность Солонеченского ГОКа по сравнению с производительностью Жипкошинского удельные затраты труда на переработку 1 т руды на нем не ниже, а выше аналогичного показателя для Жипкошинского месторождения почти в 2,5 раза. Одной из возможных причин этому является громоздкая технологическая схема. Из сопоставления конечных результатов переработки руд месторождений (табл. 1) следует выделить следующие показатели:

Таблица 1

Баланс металла в продуктах обогащения Солонеченского и Жипкошинского месторождений

Продукты Выход, % Содержание Извлечение, %

БЬ, % БЬ

Концентрат гравита- 2.82 / 1,44 53,78 / 35,90 16,62 / 24,4

ции

Концентрат флотации 14,69 / 2,06 49,06 / 52,50 78,95 / 54,1

Суммарный концен- 17,5 / 3,5 49,82 / 45,67 95,57 / 78,5

трат

Хвосты флотации 82,75 / 22,40 0,49 / 1,42 4,43 / 15,9

Хвосты РРС 0 / 60,0 0 / 0,10 0 / 3,0

Хвосты ТСС 0 / 14,1 0 / 0,37 0 / 2,6

Всего хвосты 82,75 / 96,5 0,49 / 0,45 4,43 / 21,5

Исходная руда 100 / 100 9,13 / 2,00 100 / 100

(по балансу)

Примечание: в числителе данные по Солонеченскому месторождению, в знаменателе — по Жипкошинскому.

• качество суммарного концентрата первого месторождения выше качества второго всего на относительных 9 % при превышении содержания в исходной руде в 4,6 раза;

• коэффициенты концентрации металла в промышленных продуктах по технологии Жипкошинского месторождения выше солонеченских в 3-4,8 раза, составляя в гравитационном концентрате, соответственно, 18 и 5,9, в флотационном — 26,2 и 5,4, в суммарном — 22,8 и 5,5;

• при близких содержаниях сурьмы в хвостах схема флотации на Солонечненском месторождении эффективней схемы Жипкошинского месторождения; из трех методов переработки руд наименьшее содержание металла свойственно хвостам РРС.

Согласно [3] сущность метода определения минимального промышленного содержания полезного компонента в исходном сырье заключается в нахождении такого содержания компонента, при котором себестоимость получаемой готовой продукции равна предельно допустимой себестоимости продукции для данного предприятия. Таким критерием может служить себестоимость продукции, получаемой при переработке сырья, добываемого из наиболее бедных участков месторождения, вовлечение полезного ископаемого которых в эксплуатацию целесообразно.

Практика показывает [3], что зависимость извлечения при обогащении сырья с минимальным содержанием компонента на фабрике и заводе от минимального промышленного содержания компонента в исходном сырье определяется в основном характеристиками вкрапленности полезного компонента в руде. Показатели изменчивости оруденения месторождений (табл.2) определяются коэффициентом рудоносности (Кр), показателем сложности (д), коэффициентами вариации мощности (Ут) и содержания (Ус) в рудных пересечениях.

Поскольку распределение по крупности зерен полезного минерала в рядовых и бедных рудах месторождений изменяется не существенно, а коэффициент вариации содержания на месторождениях близки, извлечение и качество концентрата при изменении содержание компонента в руде будут изменяться мало.

Таблица 2

Количественные характеристики изменчивости основных свойств оруденения геолого-промышленных типов месторождений

Геолого-промышленный тип месторождения (по участкам) Антимонит-кварцевый пластовый Антимонит-кварцевый жильный Показатели изменчивости оруденения (группа сложности геологического строения)

Кр 0,49-0,60 (3) формы Ч 0,56-0,67 (2, 3) Ут, % 52,7886,49 (2) 48- 80 (2) содержания Ус, % 45,24- 106,56 (2,3) 80 — 98,4 (3)

Примечание: в скобках указана группа сложности месторождений по данному параметру.

Экономическую эффективность проектов отработки месторождений определяют полнота использования недр, бюджетная эффективность проекта, чистая прибыль, чистый дисконтированный доход, внутренняя норма доходности.

Показателем полноты отработки запасов является бортовое содержание. Выбор бортового содержания руд Солонеченского месторождения основывается на анализе геологических особенностей и технологических свойств полезного ископаемого. Первый вариант учитывает уровень минимального промышленного содержания крупных месторождений сурьмы, второй и третий — различия в запасах руды на величину не менее 10-20 %, а четвертый — выбран с расчетом превышения бортового содержания полезного компонента в хвостах обогащения. Для руд Жипко-шинского месторождения использован в основном последний критерий.

Если на последнем месторождении бортовое содержание (0,7 % БЬ) действительно близко к содержанию металла в хвостах (0,45 % БЬ), разрыв составляет 0, 25 %, то на Солонечненском — разрыв для открытой разработки составляет 1 % (соответственно, 1,5 и 0,49 %), а для подземной — еще больше. Согласно регрессивному анализу бортовое содержание металла на Солонечен-ском месторождении (у) связывается с исходным содержанием его в гравитационном концентрате (х) уравнением:

у = 0,68 + 0,3х ± 0,15 %. (1)

Оно свидетельствует, что при среднем содержании БЬ в шихте около 7 % минимальное бортовое содержание может соответствовать 0,9 %. Пос-кольку содержание БЬ в исходной шихте (7,14 %, табл. 3) и в недрах (7,3 %) отвечает бортовому содержанию 0,9 %, и при этом качество промышленных продуктов остается неизменным и при борте 1,5 % (табл. 3), с точки зрения технологии переработки сырья бортовое содержание 0,9 % представ-

Таблица 3

Прогнозные показатели обогащения руд Солонеченского месторождения с получением гравитационного и флотационного концентратов при разных бортовых содержаниях сурьмы

Наименование продукта Выход, % БЬ, % Извлечение БЬ, %

Борт 2,7 %

Гравитационный 6,32 53,78 31,63

Флотационный 14,19 49,06 64,76

Суммарный сурьмяный 20,51 50,51 96,39

концентрат

Отвальные хвосты 79,49 0,49 3,61

Исходная шихта руд 100,00 10,75 100,00

Борт 2,1 %

Гравитационный 5,29 53,78 27,85

Флотационный 14,21 49,06 68,28

Суммарный сурьмяный 19,50 50,34 96,13

концентрат

Отвальные хвосты 80,50 0,49 3,87

Исходная шихта руд 100,00 10,21 100,00

Борт 1,5 %

Гравитационный 2,82 53,78 16,62

Флотационный 14,69 49,06 78,95

Суммарный сурьмяный 17,51 49,82 95,57

концентрат

Отвальные хвосты 82,49 0,49 4,43

Исходная шихта руд 100,00 9,13 100,00

Борт 0,9 %

Гравитационный 0,61 53,78 4,58

Флотационный 13,02 49,06 89,47

Суммарный сурьмяный 13,63 49,27 94,05

концентрат

Отвальные хвосты 86,37 0,49 5,95

Исходная шихта руд 100,00 7,14 100,00

ляется более обоснованным. Анализ размещения полезных компонентов в отдельных прослоях также показывает, что содержание в них сурьмы чаще ограничиваются бортовым содержанием 0,9 % сурьмы. Однако встречается большое количество мелких тел с высоким содержанием условного металла, но ниже установленного метропроцента 4,5.

При бортовом содержании БЬ 0,9 % дополнительно вовлекается в эксплуатацию 254,5 тыс. т руды с содержанием БЬ 1,37 % , что на 34 % больше запасов с бортовым содержанием 1,5 % или на 3,49 тыс. т сурьмы, что составляет более 5 %. Если же применить более совершенную технологию рудоподготовки и при этом еще понизить бортовое содержание количество дополнительно извлекаемой сурьмы относительно этой величины как для открытой, так и подземной отработки запасов вырастит в разы и суммарно составит запасы мелкого месторождение.

Бортовое содержание 0,9 % явно более эффективно по критериям полноты использования недр и бюджетной эффективности проекта и для открытой, и для подземной отработки запасов, а также по критерию чистой прибыли за весь срок — для открытого способа разработки. По критериям же чистый дисконтированный доход (ЧДД), индекс доходности и внутренняя норма доходности показатели эффективности, рассчитанные в соответствии с методиками ГКЗ, несколько ниже показателей с более высокими бортовыми содержаниями. В целом же, контрастность основных рудных тел, относительно выдержанный характер ору-денения не дают больших экономических преимуществ технико-экономическим показателям промышленного освоения месторождения Солонеченское по всем вариантам бортового содержания. Величина же ЧДД довольно чувствительна к изменению цены на сурьму, которая в настоящее время растет очень быстро, а также к величине капитальных вложений.

Геолого-экономическая оценка Жипкошинского месторождения показывает, что экономические показатели отработки месторождения по вариантам бортового содержания имеют сравнительно равные значения. При ставке дисконтирования 15 % в варианте бортового содержания 0,5 % ЧДД отрицательный, а в вариантах бортов 1,1, 0,9 и 0,7 % — колеблется от 25 до 13 млн руб. При этом чистая прибыль и бюджетная эффективность от борта к борту практически не меняется.

Учитывая равную производительность предприятия (50 тыс. т/год) по вариантам бортового содержания, можно утверждать, что механизм дисконтирования искажает картину сравнения экономических показателей за счёт различных сроков отработки запасов по вариантам бортового содержания, а также увеличения выплат налогов за весь срок отработки (ежегодные платежи).

Анализ экономических показателей предприятия показывает, что вариант отработки балансовых руд с бортовым содержанием сурьмы 0,7 % открытым способом обеспечивает наиболее полное использование запасов полезного ископаемого в недрах. Изменение показателей количества запасов, цены металла, инвестиций, эксплуатационных затрат, содержания и извлечения металла (рис.1) свидетельствует, что проект наименее чувствителен к изменению объемов запасов и инвестиций.

Сравнение экономических показателей отработки Солонечен-ского и Жипкошинского месторождений показывает, что, несмотря на существенную разницу в запасах и низкое качество сурьмяных руд, более высокая эффективность отработки Жипкошинского месторождения очевидна. Одной из определяющих причин такому «парадоксу» является более рациональная схема рудоподго-товки, основанная на использовании современных высокоэффек-

¿е 1 200-

ш 1 0002 8002 боо-

§

3"

2000-

-400« -600 г -800-§ -1 000 5 -1 2005 -1 400-

—

______.1_______ I - **

........... ! ]

^ - --

— — — .....................I

**

__ |—~

л \

......1

Г ..........

■А 5 10 -2 5 -3 о 5 -2 0 -1 5 -1 0 - 10 1 5 20 2 5 3 0 3 5 4 0 45 50

отклонение па рам ера отбэзавого в %

----запасы -ИНЁМЛЩИИ —■ ......затраты 1

--извлечение 1

Рис. 1. Зависимость изменения ЧДД от экономических показателей Жипкошинского месторождения. Примечание: на рисунке графики цены на металл и содержания металла в руде повторяют график извлечения

-тивных методов, позволяющих ещё на раннем этапе переработки минерального сырья «освободиться» от основной части породной составляющей, выбрать менее энергоемкое и трудозатратное оборудование. Получается, что разработка открытым способом мелких месторождений с применением РРС выгоднее строительства всего комплекса переработки минерального сырья на более крупных по запасам месторождениях.

На Жипкошинском месторождении эффективность гравитационно-флотационной схемы и технологии РРС сопоставлены при практически одном содержании БЬ в исходной руде (3,3 и 3,6 %). По первой схеме получен объединенный концентрат (в скобках по технологии РРС) с выходом 7,0 (16,3) %, содержащий 34,03 (18,8) % сурьмы при извлечении 72,4 (84,1) %; количество металла в хвостах составляет около 1(0,26) %. Результаты концентрации металла по технологии РРС и гравитации по схеме Солонеченского месторождения (выход — первые проценты, содержание БЬ — 35 %, извлечение — 29 %) свидетельствуют, с одной стороны, о 2-3 разовых более высоких показателях выхода и извлечения металла по методу РРС, меньшем — по содержанию БЬ в хвостах и на 16 % пониженном — в продукте, с другой — о возможности в голове процесса избавиться от значительного количества перерабатываемой пустой породы. Эти результаты приемлемы при рудоподго-товке особенно бедных сурьмяных руд.

Технология ТСС материала крупностью минус 20 мм при содержании сурьмы 1,23-1,54 % и плотности суспензии соответственно 2,3-2,6 г/см3 обеспечивает выход концентрата 21,4 — 43,2 %, извлечение 73,9 — 83,0 %, повышает содержание сурьмы в продукте в 2 — 4 раза, снижая его в хвостах до 0,33-0,46 %. На мелкие классы приходится 12-43 % рудной массы и 15-30 % основной массы сурьмы. С результатами технологии ТСС вполне сопоставимы результаты переработки бедных руд (БЬ 1 %) менее трудозатратной технологии РРС. По ней по классу минус 20 + 2 мм получен продукт с содержанием БЬ 4 %, что выше показателей метода ТСС. Это свидетельствует о «чистоте» граней и мелкого кускового материала, благоприятствующих использованию метода РРС. Однако эта фракция не рекомендуется технологией РРС [4], несмотря на то, что она существенно осложняет работу спаренных сепараторов, необходимо дополнительно изучить этот вопрос.

Рис. 2. Принципиальная схема технологии рудоподготовки кварц-анти-монитовых руд

По результатам анализа технологических схем обогащения руд Солонеченского и Жипкошинского месторождений, а также отдельных опытов на материале различных классов и содержаний полезного компонента предложена уточненная принципиальная

схемы рудоподготовки (рис. 2), приемлемая для наиболее распространенного сульфидного антимонитового технологического типа сурьмяных месторождений Восточного Забайкалья.

Существенная доля в достижении положительных результатов в этой схеме приходится на РРС, высокоэффективное использование которой позволяет:

• вовлечь в переработку бедные и забалансовые руды, понизить бортовое содержание сурьмы ещё на подготовительном этапе — при геолого-экономической оценке месторождения;

• снизить себестоимость добычи руды за счет исключения или уменьшения селективной отбойки;

• исключить на ранней стадии рудоподготовки из дальнейшей переработки около 65—70 % вмещающей породы;

• получить крупнокусковой концентрат, готовый для металлургического передела, минуя стадию обогащения;

• снизить экологическую нагрузку предприятий на окружающую среду:

• повысить технический уровень специалистов и предприятий в целом.

Предложенная схема обеспечивает научно-технический прогресс в области переработки минерального сырья, способствует объективной оценке и вовлечению в эксплуатацию многочисленных мелких месторождений сурьмы Восточно-Забайкальской провинции ещё на этапе проектных работ за счет использования эффективных методов предварительного концентрирования при переработке руд.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Павленко Ю.В., Поляков О.А. Восточно-Забайкальская сурьмяная провинция // Вестн. Чит. гос. ун-та. — 2010. — № 9 (66). — С. 77 — 84.

2. Павленко Ю.В. Поляков О.А. Влияние свойств жильных и шток-верковых руд антимонит-кварцевого формационного типа на эффективность рудоподготоки // Вестн. Чит. гос. ун-та. — 2011. — № 5 (72). — С 116 — 127.

3. РазумовК.А., Перов В.А. Проектирование обогатительных фабрик: учебник для вузов.4-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1982. — 518 с.

4. M/>://www.rados.ru/info-article.html?st=10.