Предварительная концентрация руды на подземном руднике методами сортировки и первичной гравитационной сепарации

 Введение

Процесс измельчения сырой руды энергоемок, поэтому сокращение количества подлежащему этому процессу материала путем предварительной концентрации, может принести существенную экономию на расходах. В данной статье рассматривается вопрос того, как предварительная концентрация руды на подземном руднике методами сортировки и первичного гравитационного обогащения может быть использована в контексте разработки тонкожильных месторождений. Также подробно описываются методы оценки применимости данных технологий на предприятии.

Предварительная концентрация руды

Предварительная концентрация руды представляет собой процесс удаления пустого сырья таким образом, чтобы на дальнейшие этапы переработки поступал материал меньшего объема, но с более высоким содержанием ценного компонента. Польза такого подхода увеличивается, если из схемы выводится пустое сырье максимально возможной крупности. Это позволяет снизить количество материала, подлежащего переработке и, следовательно, рентабельно работать на новых рудниках или повысить срок эксплуатации действующих.

К выгодам предварительной концентрации руды можно отнести: снижение бортового содержания, увеличение скорости добычи, сокращение площади фабрики, увеличение срока эксплуатации рудника, снижение эксплуатационных расходов и уровня использования энергии. Возможные преимущества во многом зависят от характера отрабатываемой руды, в частности, от способности эффективно отделить руду от пустого материала высокой крупности.

Предварительная концентрация при разработке тонкожильных месторождений подземным способом

К числу преимуществ предварительной концентрации руды при разработке тонкожильных месторождений подземным способом можно отнести:

- Снижение требований к общему энергообеспечению циклов измельчения (меньше выбросов углекислого газа) вследствие удаления некоторого объема пустой породы большой крупности на раннем этапе.

- Сокращение расходов на откатку и перевозку руды под землей и до фабрики, расположенной на поверхности, в результате сокращения объемов подлежащего транспортировке материала. Частично это также обуславливает снижение расходов энергии на транспортировку, частично — сокращение износа и поломок оборудования.

- Возможность извлечения пользы от внедрения альтернативных способов транспортировки руды, например гидравлического подъема [Francis, Turner, Larder, 2005].

- Возможность перехода к использованию более продуктивных методов горных работ вследствие удаления пустого материала на раннем этапе (что очевидным образом влияет на срок эксплуатации и бортовое содержание).

- Повышение коэффициента сходимости по металлу в связи с меньшим объемом отвалов или сокращения их количества.

- Возможность улучшения управления массивом горных пород и снижения вероятности обрушения пород благодаря более эффективному процессу обратной закладки [Bamber et al., 2004].

- Возможность повышения доступности обратной закладки по причине снижения зависимости от фабрики на поверхности и более короткого пути снабжения [Thomas, 2006].

- Сокращение площади, занимаемой перерабатывающими мощностями на поверхности.

В конечном счете основное преимущество предварительной концентрации руды на подземном руднике заключается в изменении структуры расходов в более выгодную сторону. Чтобы извлечь максимально возможную выгоду от использования данного подхода при разработке тонкожильных месторождений, станцию концентрации лучше всего расположить непосредственно под землей, как можно ближе к очистному забою, включив в общий процесс предварительной концентрации систему обратной закладки. Пример подобной станции представлен на рис. 1. Исследования, предпринятые различными группами специалистов [см., например, Bamber et al., 2005; Hughes, Cormack, 2008], позволили установить, что экономия на эксплуатационных расходах в результате применения методов предварительной концентрации руды при подземной добыче достигает 20–40%.

Чтобы полностью использовать возможности предварительной концентрации руды на подземном руднике, станцию следует расположить максимально близко к забою. В процессе освоения месторождения она должна быть мобильной и в идеале не требовать проведения специальных подготовительных работ для установки. Исходя из этого особую важность принимает вопрос выбора такой технологии переработки, которую можно успешно спроектировать в модульном исполнении без потери функциональных качеств. Клейн и др. [Klein et al., 2003] указывают, что хотя такие технологии, как тяжелосредная сепарация, и отличаются высокой эффективностью обогащения, они требуют достаточно много места для размещения циклов регенерации среды, поэтому не совсем подходят с точки зрения использования в рассматриваемой области. Для предварительной концентрации руды на подземном руднике эффективны простые, но надежные установки, например сортировщики и отсадочные машины внутреннего давления (англ. Inline Pressure Jig, IPJ), не требующие обширной внешней инфраструктуры.

Как отмечает Ллойд [Lloyd, 1979], вследствие роста эксплуатационных расходов подземной добычи, обусловленных увеличением глубины разработки руды, сокращение издержек на горные работы и транспортировку может некоторым образом пойти во вред производственной эффективности (например, снизится уровень извлечения ценного компонента). С другой стороны, если экономическая сторона реализации проекта зависит от уровня извлечения, имеющиеся доступные технологии можно скомбинировать, что позволит поддерживать продуктивность благодаря совмещению наиболее эффективных аспектов каждого метода. Сортировка с последующим первичным гравитационным обогащением — именно тот подход, который может быть использован в данном случае. Еще один пример — модульная станция переработки руды компании «Gekko», включающая в себя циклы гравитационного обогащения и флотации. Взаимодополняющий характер данных процессов описан в работе Хьюза, Дональдсона и Мёрфи [Hughes, Donaldson, Murphy, 2010]: гравитационная переработка материала в циркулирующей загрузке с тонкого измельчения производится на отсадочной машине внутреннего давления, при этом материал, крупность которого слишком мала для эффективной сепарации на IPJ, дообогащается флотацией.

Даже если руда пригодна для предварительной концентрации, возникает множество производственных сложностей, сопутствующих совмещению непосредственно горных работ и переработки в подземных условиях. В основном они связаны с интеграцией перерабатывающих мощностей в график отработки месторождения. Многие из возможных проблемных областей в ряде исследований [Klein et al., 2003; Morin, Bamber, Scoble, 2004; Bamber et al., 2005] предлагается решать моделированием комплексных процессов. Другие авторы [Lane, Fountain, LaBrooy, 2008] указывают, что при использовании методов мокрой переработки на некоторых рудниках могут возникнуть трудности, связанные с доступностью и использованием воды под землей. При этом ни одна из выделенных проблем не является непреодолимой, особенно учитывая потенциальные преимущества предварительной концентрации. Следует также сказать, что для успешного решения подобных затруднений требуется совместная работа специалистов по горному делу, металлургии, геологии.

Технология предварительной концентрации руды и ее испытания

Возможность предварительной концентрации и то, насколько материал подходит для применения данной технологии, по большому счету, определяется минералогией руды, на что, в частности, указывает Клейн [Klein et al., 2003]. Для этого можно использовать ряд методов: тяжелосредную сепарацию, переработку в отсадочной машине, сортировку, флотацию крупных частиц, магнитную сепарацию и разделение по крупности. Исследование и испытание руды с точки зрения оценки применимости технологии предварительной концентрации — важнейший шаг в проектировании оптимальной технологической схемы, построенной по принципу «от рудника к фабрике».

Теоретически первым этапом металлургического анализа является исследование руды на предмет выделения наиболее характерных особенностей, от которых можно отталкиваться. Для повышения эффективности уже действующих проектов можно применить междисциплинарный подход, поскольку, как правило, наиболее репрезентативным источником информации, необходимой для анализа внедрения этапа предварительной концентрации, является главный геолог проекта. При этом обсуждение различных характеристик руды и содержание в ней ценных компонентов (а также содержания пустого материала) могут дать ценные выводы не только относительно применения рассматриваемой технологии, но также помочь в подготовке наиболее оптимального производственного процесса. Например, если в качестве целевого полезного ископаемого выступает золото, содержащееся в кварцевых жилах, присутствующих в сланцеватой вмещающей породе, удаление сланца из висячих или лежачих бортов может принести повышение общей продуктивности при большой крупности разрабатываемого материала. Вероятно, следующим шагом в таком случае должна стать оценка эффективности вскрытия, позволяющая производить чистую сепарацию кварца и доломита после первичного дробления.

Наиболее распространенный на сегодняшний день метод металлургического анализа предполагает тонкое измельчение руды.

Сортировка руды

Технология сортировки руды хорошо зарекомендовала себя на рудниках по всему миру. Ее работа базируется на использовании датчиков и высокопроизводительных процессоров, которые программируются на распознавание различных особенностей, будь то цвет, плотность, проводимость и т.п. Вслед за датчиками процессор приводит в действие механическую систему сброса, которая удаляет из материала питания отдельные частицы. Основные элементы системы сортировки руды представлены на рис. 2.

На сегодня существует большое количество разнообразных датчиков, измеряющих характеристики материала в электромагнитном спектре, см. табл. 1. Действие одной их новейших технологий сортировки заключается в совмещении данных, получаемых от сенсоров различного типа, что позволяет собирать наиболее подробную информацию о частицах руды. Например, благодаря комбинации сигнала с сенсора рентгеновской передачи (англ. X-Ray Transmission, XRT) и трехмерного лазерного сканера частицы отделяются друг от друга на основе своей плотности и степени рефракции света.

Таблица 1. Типы сенсоров сортировки руды

XRT-сортировка

XRT-сенсоры — это, вероятно, одна из самых универсальных разновидностей датчиков; их можно широкого использовать на предприятиях по разработке тонкожильных месторождений, при наличии разницы плотности между жильным материалом и вмещающей породой. XRT-сенсоры измеряют количество рентгеновского излучения, поглощенного отдельными частицами, без учета крупности материала в процессе анализа излучения при двух различных энергетических уровнях.

Оптическая сортировка (по цвету, лазерная)

Технология оптического распознавания материала известна достаточно давно, однако нашла новые сферы применения только в свете последних достижений.

Разделение частиц на основе их цвета без необходимости в наличии неотражающего фона обеспечивается совместным использование трехмерных лазерных систем определения положения объектов с CCD-камерами (камера на приборах с зарядовой связью — прим. переводчика) для цветной съемки. С практической точки в более старых системах этого можно было добиться только при условии свободного падения частиц на черном фоне. Сегодня отдельные элементы могут улавливаться и распознаваться в процессе перемещения на ленте с более высокой скоростью и точностью отделения. 

Индукционные датчики

Функционирование индукционных датчиков основано на использовании пульсирующих вихревых токов (англ. pulsed eddy currents, PEC), по которым измеряется относительная проводимость частиц. Чувствительность сенсоров данного типа можно с высокой точностью отрегулировать так, чтобы они реагировали на имеющуюся проводимость отдельных частиц. В основном индукционные датчики применяют на добыче таких проводимых металлов, как никель, медь, россыпное золото. Кроме того, они весьма успешно используются при переработке старых отвалов золотосодержащего материала (рис. 3) и легко адаптируются для освоения тонкожильных месторождений, сырье которых характеризуется большой разницей проводимости.

Испытания

Для оценки рентабельности и эффективности сортировки руды с использованием сенсорной системы проводят комплексные испытания по отдельным типам материала. Обычно они выполняются в три этапа.

Суть первого этапа испытаний — определение типа датчика, который будет наиболее эффективно разделять пустую породу и материал, содержащий интересующий ценный компонент. Обычно для этого требуется около 20 л материала, при этом пробы отбирают вручную — так, чтобы количество пустого и целевого сырья было примерно одинаковым. Затем пробу измельчают до крупности, при которой можно отделять пустую породу от руды, и на ее основе производят калибровку работы датчиков и определяют рентабельность классификации. После завершения данного этапа подготавливают рекомендации о возможности или целесообразности дальнейшей работы в этом направлении. Пример полученных результатов представлен на рис. 4.

На втором этапе устанавливают эффективность обогащения, которую можно достичь в требуемом диапазоне крупности с помощью датчиков выбранного типа. Для этого используется репрезентативная проба определенной крупности (устанавливается заранее минералогическим анализом) объемом около 100 л. Непосредственно перед проведением испытаний следует зафиксировать результаты анализов. С помощью калибровочных настроек, определенных на первом этапе, пробу подвергают переработке на выбранной системе сортировки. Полученные результаты фотографируют, поток продукта/пустого материала вновь анализируют.

Третий этап испытаний — оценка максимальной скорости питания без ущерба эффективности переработки/обогащения. Сухая репрезентативная проба объемом 200–1000 л подвергается сортировке с помощью датчиков установленного типа при различной скорости питания. Эксперименты, как правило, проводятся на установке опытного типа.

Источник: Материалы конференции «Narrow Vein Mining Conference», Перт, Австралия, 26–27 марта 2012 г.

Перевод с англ.: С. С. Верхозин, АО «Иргиредмет»

Читать далее: Предварительная концентрация руды на подземном руднике методами первичной гравитационной сепарации

-0+1

• Содержание сайта
• Комментарии
• Главная страница