С чего начинается обогащение руд? Для большинства ответ простой — с обогатительной фабрики. Но именно это сложившееся понятие нередко приводит к низкой рентабельности горнодобывающих предприятий. При таком подходе присутствуют противоречие и антагонизм между рудником и фабрикой. Из-за несовершенства опробования рудник отгружает на фабрику или на рудные склады руду, качество которой оценивается приближенно. Иными словами: рудник не знает, что везет, а фабрика не знает, какую руду принимает. Из-за этого в низких технологических и экономических показателях (в частности — неотходе среднего содержания) фабрика обвиняет рудник, а рудник — фабрику.
Такая ситуация характерна для большинства горнодобывающих предприятий, в которых отсутствует система управления качеством руд (СУКР), главная задача которой — повышение и стабилизация качества добываемых и перерабатываемых руд.
Система управления качеством руд (СУКР) активно разрабатывалась в СССР учеными и инженерами не только ведущих отраслевых технологических и технических институтов (ВИМС, ВНИИХТ, МЕХАНОБР, ВНИИТФА, Иргиредмет и др.), но и непосредственно геологами и геофизиками на предприятиях (например, Кавалеровский ГОК в Приморском крае).
Система СУКР включала в себя следующие основные процессы и технологии:
- оперативное опробование горных выработок с помощью переносных приборов (рентгенорадиометрических анализаторов);
- оперативное опробование крупных порций руды и крупнопорционную сортировку руд (КПС) в автосамосвалах, вагонетках, думкарах, (в перспективе — в ковшах экскаваторов и автопогрузчиков) на основе рудоконтролирующих станций (РКС);
- оперативный контроль и опробование руд в потоке (например, на конвейерных лентах сразу же после крупного дробления) рудоконтролирующими станциями с возможностью сортировки руды мелкими порциями;
- покусковую сепарацию (КС) крупных классов руды (+20 мм) радиометрическими методами на специальных радиометрических сепараторах;
- мелкопорционную сортировку руды (МПС) крупностью минус 20+5 мм (или минус 30+5 мм) на сепараторах.
Таким образом, в основе СУКР лежит оперативное опробование или определение вещественного состава руды рентгенофлуоресцентным методом (РФМ), который позволяет реализовать три активных процесса:
- крупнопорционную сортировку;
- кусковую сепарацию;
- мелкопорционную сортировку руды.
Многим специалистам и руководителям предприятий известна кусковая сепарация. Журнал «Золотодобыча» с 1990-х годов многократно освещал технологию и оборудование для рентгенорадиометрической сепарации (РРС), наиболее универсальную и эффективную среди других радиометрических методов кусковой сепарации. Именно эта технология составляет ядро системы СУКР. Но большие возможности представляют также крупнопорционная и мелкопорционная сортировка руды.
Принципиально мелкопорционная сортировка может осуществляться рентгенорадиометрическими сепараторами, которые могут работать в режиме сортировки мелких порций материала крупностью в диапазоне 5–30 мм. Поэтому и аппаратно и конструктивно все режимы сортировки близки между собой, отличия проявляются только при решении отдельных задач.
Как наиболее важное и первичное звено, в системе СУКР следует выделить крупнопорционную сортировку (КПС). При всей простоте реализации сортировки руд крупными порциями (особенно в автосамосвалах) КПС обладает целым рядом экономических и технологических преимуществ. Это, прежде всего, высокая производительность и возможность управления рудопотоком прямо «с колес». Контроль качества руды в автосамосвалах на рудоконтролирующей станции сразу же способен разделять руду на несколько сортов (например, «порода», «забаланс», «бедная», «товарная» или «богатая»), направляя автосамосвалы по соответствующему маршруту: или в отвалы породы бедных и забалансовых руд, или на формирование рудных складов по сортам руды, или прямо на обогатительную фабрику.
Таким образом, функционально обогащение руд и разделение руд на сорта можно и нужно начинать с автосамосвальных рудоконтролирующих станций (РКС-А), продолжать — на мелкопорционных и покусковых сепараторах, а завершать на ЗИФ или ОФ!
Общий состав и структура
РКС-А изображены на рис. 1, где наглядно показано два принципа измерения поверхностного слоя руды в автосамосвалах:
- сканирующий вариант (измерительный модуль двигается вдоль оси движения автосамосвала на заданной высоте или по огибающей траектории);
- локальный вариант (измерительный модуль двигается «вперед-назад», «вверх-вниз» и в определенных местах на заданной высоте от руды производит измерение и передвигается на новое место; движение модуля осуществляет оператор, который выбирает наиболее подходящие места для достоверных и объективных измерений, исключая негабариты).
В основе работы РКС-А заложен рентгено-флуоресцентный метод определения вещественного состава с использованием в качестве источника первичного излучения рентгеновского излучателя с рентгеновской трубкой прострельного типа (без охлаждения). В качестве детекторов используются современные полупроводниковые устройства с высоким энергетическим разрешением.
Условия эксплуатации РКС-А:
- температура окружающей среды — от минус 50 до +40° С;
- относительная влажность воздуха и атмосферное давление не критичны и допускают изменения в естественных пределах.
Установка РКС-А включает следующие основные узлы и блоки:
- модуль измерительный рентгеновский (МИР);
- пульт оператора (компьютер);
- светофор указания маршрута;
- система видеонаблюдения;
- стабилизатор электропитания;
- передвижная координатная система (механическое устройство);
- устройство регулирования температуры (термосборка);
- комплект ЗИП;
- эксплуатационная документация.
РКС-А размещается в специальном помещении, которое состоит из двух частей: операторская
(2-й этаж) и отсек для самосвала
(1-й этаж, измерительный бокс), (см. фото 1, 2).
Работает РКС следующим образом. По разрешающему сигналу светофора автосамосвал заезжает в измерительный бокс. Оператор через прозрачное окно в полу операторской или систему видеонаблюдения видит качество засыпки руды в кузове автосамосвала и определяет наиболее выгодные места для измерений. Затем специальными кнопками управления передвигает измерительный модуль МИР к месту измерения или сканирует поверхность руды по оси самосвала или по одному из бортов самосвала. Скорость сканирования (движение датчика по оси x) регулируется оператором или автоматически (например, 0,05– 0,10 м/сек). Положение датчика относительно поверхности руды в самосвале дополнительно контролируется по видеодатчикам на мониторе системы видеонаблюдения. Обычно оптимальное расстояние для многих элементов составляет в пределах 30–50 см. Это расстояние поддерживается или оператором, или автоматически по ультразвуковым датчикам координатной системы. В более развитых системах оператор может сканировать вдоль другого борта кузова по наиболее раскрытой рудной части (исключая из измерений большие куски и негабариты). Операция опробования автосамосвалов может выполняться и в полностью автоматическом режиме, но такие РКС в промышленном варианте не испытывались.
Полный цикл сканирования и перемещения датчиков составляет не более 2–3 минут. За время сканирования РКС набирает и обрабатывает информацию от каждой измеренной полосы руды или каждого измеренного места (пятна) в автосамосвале. Ширина полосы задается временем одиночного цикла измерения (обычно 0,05–0,1сек) и составляет 10–20 см. Также и в локальном варианте, исходя из неоднородности (контрастности) измерений, оператор выбирает количество пятен установки измерительного модуля и задает время измерения одного пятна (5–10 сек.). Такой алгоритм опробования позволяет иметь не только общее среднее содержание определяемого элемента, но и его распределение в поверхностном слое самосвала — интервал содержаний от минимума до максимума. Чем больше размах колебаний, тем более контрастная руда по качеству засыпана в автосамосвалы.
Отсюда результирующий итог измерений может быть выбран как по усредненному значению, так и с учетом изменчивости руды. Например, если 10–30 % измерений соответствуют богатой руде, то автосамосвалу присваивается ранг более высокого содержания, чем по усредненному значению. Дополнительно на экране монитора оператора появится картина распределения металла в кузове самосвала.
Оператором (или автоматически) включается сигнал светофора, управляющий маршрутом автосамосвала, — или на соответствующие склады, или на фабрику.
Данные измерений по каждому автосамосвалу записываются и хранятся в памяти пульта оператора.
Основным алгоритмом оценки содержаний элементов (Сi) в рентгено-флуоресцентных сепараторах является способ спектральных отношений, при котором
Ci=f(Pi),
где Pi — аналитический параметр спектральных отношений:
Pi = kiNi / kjNj,
где Ni, Nj — интенсивность измеряемых излучений в выбранных аналитических областях, соответствующих ХРИ (характеристическое рентгеновское излучение) основного, сопутствующих или мешающих элементов, и рассеянному излучению.
Аналитический параметр Pi выбирается на стадии экспериментальных методических работ с учетом вещественного состава руды и геометрии измерений.
Затем выбирается система и вид регрессионных уравнений связи аналитического параметра Pi с содержанием определяемого элемента Ci. Эти процедуры производятся по специальным градуировочным моделям с известным содержанием Ci в заданном аналитическом интервале.
Программно-методическое обеспечение РКС-А позволяет поддерживать автоматический и ручной (с помощью оператора) режимы работы станции, градуировку, диагностику состояния, накопление и статическую обработку информации. Пульт оператора имеет стандартный набор внешних интерфейсных портов с возможностью интегрирования РКС-А в систему АСУТП предприятия и интернет.
Как правило, установку РКС-А совмещают с «весовой», что позволяет иметь полную информацию о качестве руды и количестве металла в ней, передвижении каждого автосамосвала, а также работе каждого водителя.
Естественно, можно сомневаться в качестве опробования автосамосвалов, но исследованиями многих советских и российских ученых, специалистов горнодобывающих предприятий доказаны возможность, объективность и достоверность опробования на рудоконтролирующих станциях, соответствие данных по поверхности объемному содержанию анализируемых элементов. Например, качество и соответствие данных РКС содержанию золота в автосамосвалах на Кокпатасском месторождении (Навоийский ГОК, Узбекистан) проверялось и контролировалось на основании данных опробования множества (более 2-х тысяч) автосамосвалов путем прямого отбора из них проб на пробирный анализ.
Особые возможности открывает крупнопорционная сортировка (КПС) в сочетании с технологией кусковой сепарации (КС). На рис. 2 приведена, как вариант или пример, технологическая схема переработки и предварительного обогащения руды золотосодержащего месторождения с большой годовой производительностью (миллионы тонн/год) с условным средним содержанием золота около 1,5 г/т.
За счет автосамосвальной рудоконтролирующей станции (или технологии крупнопроционной сортировки) общий поток автосамосвалов из карьера можно перераспределить и направить на РРС (или КС) только забалансовую и бедную (или только бедную) руду, пустую породу — в отвал и богатую руду — на ЗИФ. То есть, предварительное обогащение начинается с крупнопорционной сортировки, что позволяет резко сократить капитальные затраты и объемы переработки руды на РРС и сделать реальностью строительство комплекса РРС и работу технологии предварительного обогащения в целом.
В задачи Технологического центра РРС ОАО «Иргиредмет» входит не только развитие технологий предварительного обогащения руд на основе РРС, но также крупно- и мелкопорционной сепарации (КПС и МПС). Для эффективной реализации последних важное значение имеют вопросы организации горно-добычных работ и рудоподготовки. Сортировка всецело базируется на контрастности руды, то есть сохранения неоднородности руды в крупных и мелких порциях. Все эти вопросы находят отражение в технологических исследованиях и технических предложениях ОАО «Иргиредмет».
Технологический центр РРС Иргиредмета готов принимать заказы от предприятий на разработку технологий и Технологических регламентов предварительного обогащения руд в комплексе с КПС и МПС, по результатам работы выполнить проектирование и реализовать проект со сдачей технологии «под ключ». Для проведения таких работ Иргиредмет обладает необходимым оборудованием (см. фото), в том числе имеется лабораторный сепаратор СРФ1-150, два опытно-промышленных сепаратора СРФ1-150-3П и СРФ2-30, промышленный сепаратор СРФ3-150, способные реализовать режимы КС и МПС в диапазоне крупности от 50 до 150 мм. Кроме того, для опробования разных материалов без пробоподготовки имеется комплект переносного рентгеновского комплекса ПРК.
