Технологическая часть оценки МПИ

Горнотехническая часть оценки МПИ

В горнотехнической части оценки МПИ рассматриваются следующие вопросы:

1. Выбор способа разработки месторождения.

Оценке подлежат следующие варианты добычи: открытым способом, подземным способом, открытым и подземным, т.е. комбинированным способом, геотехнологическим способом.

2. Выбор систем разработки и основных их элементов.

3. Определение потерь и разубоживания.

4. Определение производительности и продолжительности работы предприятия.

5.2.1. Горнотехнические условия эксплуатации месторождения

Отработка месторождений полезных ископаемых возможна открытым способом (разрезы, карьеры), подземным способом (шахты, штольни, уклоны, шурфы), комбинированным способом (открытым и подземным), а так же геотехнологическими способами.

Каждый из этих способов предъявляет определенные требования к условиям залегания полезного ископаемого, крепости и устойчивости пород и руд, гидрогеологическим, инженерно-геологическим и геокриологическим условиям месторождения.

Открытый способ добычи

Он используется при небольшой и умеренной глубине залегания полезных ископаемых и является наиболее производительным и рентабельным. Открытым способом добывается около 90% бурых и 20% каменных углей, 70% руд металлов, 95% нерудных строительных материалов.

Открытый способ определяет возможность наиболее полного извлечения полезного ископаемого, сортировки горной массы и снижения разубоживания. К его недостаткам относятся:

1. Сильное воздействие на окружающую среду;

2. Необходимость отвода крупных земельных участков под размещение карьеров и отвалов;

3. Значительные объемы водоотлива.

Объем вскрышных пород определяется глубиной залегания полезных ископаемых и углами откосов бортов карьеров:

Характеристика пород	Углы откоса (град.) при глубине карьера, м
90 м	180 м	240 м	300 м
Скальные	50-70^0	45-65^0	40-60^0	35-55^0
Полускальные	30-50^0	30-54^0	25-30^0	25-35^0
Землистые	20-30^0	20-30^0	–	–

Количество пустых пород, приходящихся на 1 тонну полезного ископаемого, называется коэффициентом вскрыши. Возможная глубина отработки месторождения открытым способом определяется предельным коэффициентом вскрыши, при котором уравнивается себестоимость добычи открытым и подземным способами. Предельная глубина карьеров обычно не превышает 100-150 м. Проектная глубина наиболее крупных карьеров составляет 600 - 800 м.

Подземный способ добычи

Этот способ применяется при повышенных глубинах залегания полезного ископаемого и обеспечивает преимущественное извлечение полезных ископаемых при подчиненной роли вмещающих пород. Обычная глубина рудников и шахт 300-500 м. На отдельных предприятиях она достигла значительных глубин:

– рудник Октябрьский (Cu-Ni, Норильск) – 1600 м;

– Колар (Индия, Au) – 3300 м;

– Ист–Ранд (ЮАР, Au) – 3500 м;

– Крайтон (Канада, Cu – Ni) – 2135 м;

– Стар – Моонинг (США, Zn, Pb, Ag) – 2250 м.

Однако работы на таких глубинах сильно осложняются высоким горным давлением, ростом температуры и другими техническими факторами.

На себестоимость добычи при подземном способе отработки основное влияние оказывает тип применяемых систем отработки, которые выбираются с учетом условий залегания, формы и строения тел полезного ископаемого.

Системы	Себестоимость, %
С креплением и закладкой
С закладкой	80-85
С магазинированием	60-70
Слоевого обрушения	65-75
Подэтажного обрушения на маты	50-60
Подэтажного обрушения без матов	25-30
Принудительное этажное обрушение	20-25
Этажное самообрушение	15-20
Тонкие жилы с раздельной выемкой руды и породы	150-200

Высокопроизводительные системы обычно отличаются низкой себестоимостью добычи и повышенным разубоживанием. Поэтому выигрывая при добыче, можно проиграть при переработке руды.

От принятой системы разработки зависят также эксплуатационные потери полезного ископаемого в недрах.

Геотехнологические способы добычи полезных ископаемых

Существуют следующие геотехнологические способы добычи твердых полезных ископаемых:

1. Подземная газификация полезных ископаемых. Это способ разработки месторождений угля, сланцев, серы и других ископаемых, содержащих горючие компоненты, основанный на физико-химическом превращении полезных ископаемых в газообразные и жидкие продукты с помощью воздуха, водяного пара, кислорода или их смесей при высокой температуре. Процесс протекает без подвода тепла за счет экзотермических реакций горючих компонентов с кислородом дутья. Продуктом газификации угля является горючий газ; сланцев и битумов – горючий газ, жидкое топливо, смолы, масла, фенолы и другие продукты; серы – сернистый ангидрид, жидкая и парообразная сера.

2. Подземная перегонка полезных ископаемых. Это способ разработки месторождений угля, сланцев, битумов, торфа и других горючих ископаемых путем их нагрева без доступа кислорода (сухая перегонка) для получения газообразных и жидких продуктов: горючий газ, жидкое топливо, смолы, масла, сера и др.

3. Подземная возгонка полезных ископаемых. Это способ разработки месторождений ртути, сурьмы, мышьяка, колчеданных руд путем нагрева залежи газообразным теплоносителем, электрическим током, высокочастотным магнитным полем с получением газообразной фазы.

4. Подземная выплавка. Этот метод используется для добычи самородной серы путем перевода ее в жидкое состояние на месте залегания посредством теплоносителя (112,8–119^о С).

5. Подземное выщелачивание. Это способ избирательного перевода полезных компонентов в жидкую фазу в недрах с помощью минеральных и органических кислот, щелочей, растворов солей, бактериальных культур. Этим способом добывается значительная часть U и Cu. Ведутся экспериментальные работы по выщелачиванию Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Se, Mo, Au и др. металлов.

6. Скважинная гидродобыча. Полезное ископаемое напорной струей переводится в суспензию. Используется при разработке месторождений фосфоритов, бокситов и россыпей.

7. Подземное растворение. Этот метод используется для добычи минеральных солей.

Иногда при геотехнологических способах добычи твердых полезных ископаемых используют не только скважины, но и шахты.

Определение производительности и сроков работы горнодобывающего предприятия

Существуют следующие методы определения годовой добычи и сроков работы предприятий:

1) по объемам рынка потребления минерального сырья;

2) по ограничениям транспортных потоков;

3) по финансовым возможностям инвесторов;

4) по горным возможностям проектируемой системы отработки месторождения;

5) экономическим расчетом целесообразной (оптимальной) годовой производительности.

В последнем случае годовая производительность определяется исходя из оптимального срока эксплуатации месторождения, который зависит от сроков амортизации основных фондов. Сроки амортизации составляют:

– машин и механизмов – 3-10 лет;

– временных сооружений – 5-10 лет;

– капитальных сооружений – 15-60 лет.

Исходя из сроков амортизации основных фондов и размера месторождений, установлены следующие ориентировочные сроки существования горных предприятий:

– для месторождений мелкого масштаба – 5-15 лет;

– для месторождений среднего масштаба – 15-30 лет;

– для месторождений крупного и очень крупного масштаба – 25-60 лет.

При более длительных сроках существования предприятий необходима их реконструкция с обновлением основных фондов.

Мелкие месторождения могут быть отработаны с использованием модульных систем оборудования.

В технологической части оценки МПИ рассматриваются следующие вопросы:

1. Обоснование технологии переработки минерального сырья.

При наличии нескольких технологических типов руд, подлежащих раздельной

переработке, технология переработки обосновывается для каждого из них.

2. Оценка достаточности объемов и видов выполненных технологических исследований.

3. Поведение попутных компонентов в процессе переработки руд, возможность промышленного их извлечения.

4. Состав и свойства отходов, возможность их промышленного использования.

5.3.1. Технологические свойства сырья

Под технологическими свойствами понимается способность добытого сырья превращаться в товарный продукт. По этому показателю все сырье можно разбить на 3 группы:

1) полезные горные породы, которые могут быть использованы в естественном виде или после механической, химической и термической обработки;

2) богатые руды Fe, Cr, Al (бокситы), Cu, Ni и Sb, которые направляются на пиро- или гидрометаллургическую переработку без предварительного обогащения;

3) бедные руды, из которых в процессе обогащения получают концентрат, пригодный для переработки, и хвосты, направляемые в отвал.

Важнейшими показателями обогащения являются:

· выход концентрата;

· извлечение в концентрат;

· потери в хвостах;

· содержание в хвостах.

В случае комплексного характера полезных ископаемых задачей обогащения является получение селективных концентратов каждого компонента.

В некоторых случаях производится очистка сырья от вредных примесей, например, углей от минеральных включений, повышающих их зольность.

Процессы обогащения основаны на различиях следующих свойств минералов:

· физических (плотности, прочности, магнитности, плавкости, способности к возгонке, гидрофильности и гидрофобности, радиоактивности и др.);

· химических (растворимости в тех или иных реагентах);

· кристалломорфологических особенностей минералов или размерности кусков разделяемых продуктов.

Управление качеством руд

В процессе разведки месторождений проводят минералогическое опробование и минералогическое картирование для выделения природных типов и разновидностей руд.

Способность сырья к обогащению оцениваться по испытаниям специальных технологических проб: лабораторных, полузаводских и заводских. По результатом испытаний выделяют и картируют технологические типы и сорта руд.

В процессе отработки месторождений ведут раздельную выемку и раздельное складирование на промежуточном складе различных типов и сортов руд.

На обогащение должна поступать руда однородного качества, что достигается смешением в определенных пропорциях и перемешиванием руд различного сорта.

Рудоподготовка

Рудоподготовка включает в себя ручную сортировку руд ценных полезных ископаемых, грохочение для удаления крупных глыб руды, дробление и измельчение. Дробленный продукт может подвергаться предварительному обогащению в тяжелых средах или методами радиометрической сортировки.

Получение концентратов

После измельчения руд из них получают концентраты полезных компонентов. Для этих целей чаще всего используются гравитационное обогащение, магнитная сепарация и флотация.

Гравитационное обогащение использует различия в скорости движения частиц в водной или воздушной средах под действием гравитационных или центробежных сил. К гравитационным методам обогащения относятся отсадка, обогащение в тяжелых средах, концентрация на столах, обогащение на шлюзах, в циклонах, спиральных и винтовых классификаторах.

Магнитной сепарации подвергаются руды магнитных минералов.

Флотации в несколько стадий обычно подвергаются хвосты гравитации и магнитной сепарации, а также руды некоторых редких и рассеянных металлов. Флотация основана на различиях в смачиваемости минералов. Процесс ведется в водной среде с добавкой пенообразователя.

Кроме этих основных способов для получения концентратов используются:

· Избирательное измельчение и рассев асбеста.

· Отмывка или отмучивание руд от глинистого вещества.

· Липкостная сепарация, основанная на способности минералов прилипать (агдезия) к некоторым веществам (жиры) – для алмазов.

· Фотосепарация – выделение минералов определенного цвета.

· Рентгеновская сепарация – выделение минералов, люминесци-рующих в рентгеновских лучах.

Обезвоживание и сушка концентратов

Полученные при применении мокрых методов концентраты подвергаются обезвоживанию и сушке. Крупнозернистые концентраты обезвоживаются на грохотах. Мелкозернистые продукты (флотоконцентраты) вначале сгущают, затем фильтруют. Сгущение проводят в отстойниках, пластинчатых, вибрационных и магнитных сгустителях, гидроциклонах, сепараторах и центрифугах, фильтр - сгустителях.

Доводка концентратов

Иногда концентраты подвергаются доводке для удаления вредных примесей и вскрытия полезных компонентов.

Доводку, то есть доочистку концентратов от посторонних минералов, обычно проводят с использованием многостадийной магнитной и электрической сепарации.

Удаление вредных примесей (Sb, As и др.) и вскрытие полезных компонентов осуществляют с помощью окислительного обжига, химического и бактериального выщелачивания.

Переработка богатых руд и концентратов

Конечные продукты (металлы, сплавы, порошки и губки металлов, химические соединения и др.) получают путем переработки богатых руд и концентратов с использованием следующих процессов:

Гидрометаллургия – выделение элементов химико-технологическими методами. Она включает ряд операций:

1) дробление и измельчение руды и концентрата;

2) подготовка к выщелачиванию - спекание с различными соединениями, а также хлорирующий, окислительный, сульфатизирующий или восстановительный обжиг;

3) выщелачивание – перевод извлекаемого металла в водный раствор;

4) отделение раствора от твердой фазы в сгустителях и на фильтрах;

5) осаждение металлов из растворов электролизом, цементацией на более электроотрицательном металле, сорбцией ионнообменными смолами или углями, жидкостной экстракцией соединений металла органическими растворителями.

Растворителями являются серная кислота (U, Cu, Zn), сода (U, Mo, W), едкий натр (глинозем, W), аммиак (Cu, Ni), цианистые соли (Au, Ag), сернистый натрий (Sb, Hg), растворы хлора и хлоридов (благородные металлы, Pb, редкие металлы), тиосульфаты (Аu, Ag).

Иногда используют упрощенные варианты гидрометаллургии – орошение растворителями руды в штабелях (кучное выщелачивание), чанах (кюветное, чановое выщелачивание), траншеях (траншейное выщелачивание) или в подземных условиях (подземное выщелачивание).

Пирометаллургия – процессы, протекающие при высоких температурах.

Выделяют следующие виды пирометаллургических процессов:

1) о бжиг – материал сохраняет твердое состояние при некотором укрупнении частиц и изменении состава. Он используется при получении меди, ферромолибдена, редких металлов, агломерата, для магнетизирующего обжига железных концентратов и т.д.;

2) плавка – характеризуется полным расплавлением шихты и разделением расплава на 2 слоя – металл и шлак;

3) конвертирование – продувка воздухом или кислородом расплавленных материалов (чугун) с присадкой флюсов и небольшого количества сырья (лом, богатые концентраты);

4) дистилляция – перевод металла в парообразное состояние с последующей конденсацией;

5) рафинирование – очистка черновых металлов с помощью присадок, выведения шлаков, окисления примесей, вакуумирования расплава и т.д.

Комбинированные методы. Целый ряд элементов (Ti, Al, редкие и рассеянные элементы, платиноиды и др.) извлекается из руд и концентратов по многостадийным технологическим схемам, включающим в себя различные варианты химических, физических, биологических и термических методов переработки сырья.

Доочистка металлов

Доочистку некоторых металлов проводят электролитическим (Zn, Cu и др.) или термическим (Co, W, Sb, Mo, Au, Zr, Li, Nb и др.) рафинированием. Очистка благородных металлов называется аффинажем.

Дата добавления: 2014-12-16