Процессы рудоподготовки 5-6 поколений

Лекция 3. Управление качеством руд.

Несмот­ря на четырехкратную за последние 100 лет смену технологии рудоподготовки, затраты на этот передел возрастают и их доля в об­щих затратах на обогащение увеличивается. Так, при обогащении медно-порфировой руды, содержащей 0,75 % меди, полная установоч­ная мощность в условиях большой производительности во всех опе­рациях рудоподготовки составляет 77 %, во флотации – 23 %. С уменьшением содержания меди в руде до 0,45 % энергоемкость рудоподготовки возрастает еще больше и ее доля в общем балансе составляет уже 85 % и лишь 15 % приходится на флотацию. Это связано не только с обеднением сырья, но и со значительным увеличением рудопотока на фабрику, все более тонкой вкрапленностью рудных минералов и необходимостью измельчать все увеличивающееся количество материала до более тонкой конечной крупности. Переход на ряде крупных месторождений на крупномасштабную добычу привел к резкому увеличению неоднородности состава сырья, поступающего на обогащение. Эта неравномерность состава исходной руды доставляет особые неприятности в работе обогатительных фабрик, т.к. обогатительные процессы имеют поточный характер. Возможности их адаптации к отклонению качества питания от запланированного уровня весьма ограничены, особенно при средне- и высокочастотных колебаниях состава руды, период которых не превышает несколько смен. Это приводит к потере металлов с хвостами, увеличению расхода реагентов, снижению производительности обогатительного оборудования, а также вызывает сложности в автоматическом управлении процессами.

Действующая система подготовки руд базируется в основном на поддержании среднего содержания полезного компонента в руде, что достигается усреднением состава всех поступающих на фабрику руд, отличающихся различным содержанием металлов, различными текстурными и структурными особенностями и, что самое главное, различной обогатимостью, которая зависит от большого числа параметров. На технологические показатели переработки руды влияет не только химический состав руды, но и целый ряд других факторов. В тоже время контроль всех других характеристик при принятых системах технологической оценки и оперативного опробования добываемых руд невозможен. Поэтому на большинстве месторождений в системах управления горно-технологическим процессом за основную характеристику качества руды принимают содержание ведущего компонента (иногда – двух (трех) компонентов), активно регулируют среднее содержание этого компонента и стабилизируют его колебания. Однако усреднение руд с различной химической, минералогической, текстурной и структурной характеристикой не является свидетельством того, что эта смесь руд может быть переработана с высокими технологическими показателями.

Усложнение состава перерабатываемых руд, наблюдаемое в по­следнее время в связи е вовлечением в эксплуатацию месторожде­ний новых технологических видов, например стратиморфного про­исхождения, при одновременном стремлении к комплексному освое­нию недр, вызывает необходимость перехода от регулирования и стабилизации содержания полезного компонента к комплексной си­стеме управления качеством руды с активным воздействием на все основные параметры качества, влияющие на процесс обогащения.

Обогатимость руд зависит от большого числа геолого-минералогических параметров, а также от ряда вторичных па­раметров, например гранулометрического состава. Рассмотрим ос­новные из них.

Минеральный и химический состав. Вся современная методоло­гия управления технологическими процессами первичной обработ­ки полезных ископаемых в горной промышленности построена на химическом анализе руды и продуктов обработки. Вместе с тем совершенно очевидно, что химический состав является вторичным фактором.

Минеральный состав и технологические свойства минералов яв­ляются определяющими при выборе процессов обогащения, состав­ляющих технологическую схему (флотация, гравитация, магнитная сепарация или их сочетание). Поэтому управление качеством руды по минеральному составу путем создания оптимального и стабиль­ного соотношения разделяемых при обогащении минеральных ас­социаций – главный фактор нормальной работы технологической схемы.

Особое значение имеет поддержание содержания вредных ми­неральных примесей в исходной руде в допустимых пределах, так как даже незначительное содержание их может нарушить нормаль­ное течение обогатительного процесса (например, определенных видов глинистых минералов или слоистых алюмосиликатов с высо­кой сорбционной способностью по отношению к собирателям при флотации).

Контроль химического состава руды не всегда позволяет оце­нить содержание в ней этих вредных минеральных примесей.

Текстурно-структурная характеристика горных пород на место­рождении может значительно колебаться по степени вкрапленности минералов. На отдельных месторождениях размер вкрапленности изменяется в весьма широких пределах – от долей микро­метра до десятков миллиметров. Чем меньше размер вкрапленности извлекаемых минералов, тем тоньше должно быть измельчение руды до полного раскрытия сростков. Для некоторой части руды с субзернистыми срастаниями раскрытие фаз при измельчении не­возможно. Соответствующие этим рудам участки месторождения практически необогатимы, их можно перерабатывать только по комбинированным схемам с использованием химико-металлургиче­ских методов.

В тех случаях, когда раскрытие при измельчении возможно, от характера структуры руды будет зависеть оптимальная схема обогащения (набор и последовательность применяемых операций).

Таким образом, текстурно-структурная характеристика наряду с минеральным составом является главнейшим качественным свой­ством руды.

При малых масштабах горных работ этот параметр удается учитывать. При переходе на переработку участков с резко изме­няющейся текстурой руд изменяются режимные параметры измель­чения и разделительных операций вплоть до полной реконструкции технологической схемы. При переходе на массовую крупномас­штабную добычу с широким фронтом горных работ этот фактор стал фактически нерегулируемым.

Физико-механические свойства. Различные по крепости ру­ды требуют при заданной степени измельчения неодинаковой за­грузки мельницы. Колебания прочностных характеристик руды при­водят к тем же последствиям, что и неравномерность ее гранулометрического состава.

Управление прочностными характеристиками рудной массы име­ет еще один важный – энергетический аспект. При взрывной от­бойке и дроблении энергия разрушения расходуется не только на образование новой поверхности, но и на создание сети зародыше­вых микротрещин, определяющих эффективность процесса измель­чения. Для каждого тина руд существует оптимальное соотношение затрат энергии при взрывной отбойке, дроблении и измельчении, обеспечивающее минимальный сквозной удельный расход энергии на разрушение.

Влажность руды в ряде случаев может иметь существенное значение.

Для определенных типов руд с повышенным содержанием гли­нистых масс при влажных климатических и погодных условиях могут возникать затруднения, связанные с транспортированием рудной массы и прохождением ее по технологическому тракту.

Гранулометрический состав руды, поступающей на обогащение, в настоящее время практически регулируют только по верхнему пределу крупности, исходя из особенностей работы горного цеха и системы транспортирования. Вместе с тем от оптимального гранулометрического состава руды во многом зависит эффективность работы измельчительного отделения обогатительной фабрики.

При работе обогатительной фабрики по схеме с самоизмельчением в руде должно быть достаточное количество крупных кусков размером более 300 мм, выполняющих роль измельчающей среды. При шаровом измельчении в исходном материале не должно быть кусков крупнее 5-10 мм, так как в этом случае значительно воз­растает сквозной удельный расход энергии на разрушение мате­риала.

При неравномерности руды по крупности отдельные порции ее, представленные мелочью, переизмельчаются и, наоборот, при загрубленном гранулометрическом составе – недоизмельчаются. В обоих случаях это ведет к потерям полезного компонента.

Задачей управления качеством руды и рудоподготовки (как совокупности процессов ее оперативной реализации) является ком­плексный учет всех рассмотренных выше факторов.

Система, которая отслеживала бы изменение всех качественных показателей в отдельности, по-видимому, должна быть очень слож­ной и непригодной для практического использования. Поэтому воз­никает необходимость в разработке принципиально нового подхода к технологической опенке свойств минерального вещества как объ­екта обогащения не по отдельным, отмеченным выше, факторам, а по интегральному показателю.

Таким интегральным показателем являются технологические свойства минеральной ассоциации, которой представлен каждый элементарный геометрический объем месторождения, учитывающие все геолого-минералогические и иные факторы, определяющие эти свойства. Конкретно они выражаются в технологических показа­телях, которые могут быть получены при обогащении этой мине­ральной ассоциации по схеме, принятой для месторождения в це­лом, но оптимизированной с учетом специфических особенностей состава конкретной ассоциации. В этом случае месторождение может быть дифференцировано в пространстве на элементарные клас­сификационные единицы, минеральное вещество которых является по отношению к принятой технологии переработки рудой определенного технологического типа или сорта.

Под технологическим типом в данном случае понимают руду, принципиально отличающуюся от других руд вещественным составом и технологическими свойствами и требующую вслед­ствие этого переработки по особой технологической схеме.

Технологический сорт руды – это руда, имеющая общую для данного типа схему переработки, но отличающаяся содержа­нием полезных компонентов и какими-либо технологическими свой­ствами, требующими изменения режима отдельных операций технологической схемы.

Задача рудоподготовки при учете технологических свойств руды сводится к дезинтеграции минерального вещества месторождения на указанные элементарные классификационные единицы, разде­лению их и перегруппировке с тем, чтобы элементы пустой породы были отделены от рудных элементов до обогащения, а руда раз­ных технологических типов поступала на соответствующие схемы переработки. При этом различия в технологических свойствах сор­тов руды должны быть нивелированы или информация об этих раз­личиях должна быть своевременно передана в контур управления технологическими процессами обогащения для корректировки ре­жимных параметров.

Совокупность исследований пространственной изменчивости ве­щественного состава, технологических свойств руд и их взаимосвя­зи, осуществляемая по всему объему месторождения на представи­тельном числе малых технологических и минералого-технологических проб, увязанная с данными геологической документации раз­ведочных выработок и анализами химического состава рядовых и групповых проб, получила наименование геолого-технологического картирования.

Основная задача геолого-технологического картирова­ния месторождений – получение достоверной технологической оценки качества руды в недрах, ее неоднородности и сортности. В ходе его проведения на основе детального изучения веществен­ного состава, текстурно-структурных особенностей, физико-меха­нических свойств и обогатимости руд по большому числу проб выделяют, изучают и геометризируют технологические сорта и разновидности руд. При использовании ЭВМ в комплексе с графо­построителем возможна автоматическая классификация, выделе­ние и построение на планах контуров сортов руды с одновремен­ным вычислением показателей их качества в любых заданных объемах.

Результаты рудокартирования – основа управления качеством добываемых руд; их используют при проектировании и эксплуа­тации ГОКов. Они позволяют объективно оценить необходимость раздельной добычи и переработки руд, более правильно решать задачи усреднения руд, предконцентрации и управления качеством рудного сырья, оценки блочности рудного массива и природной концентрации макротрещин в единице объема, структурной де­фектности и прочностной способности на взрывное разрушение.

Данные технологического картирования позволяют:

1) составить графики отработки месторождения с учетом всех особенностей вещественного состава и обогатимости руд различ­ных участков и горизонтов, разработать и создать (применительно к этим участкам) гибкие технологические схемы и режимы, обес­печивающие получение высоких показателей обогащения и ком­плексное использование сырья;

2) определить запасы и возможное извлечение извлекаемых ком­понентов по каждому типу и сорту, по периодам эксплуатации, рудным телам, горизонтам и участкам месторождений;

3) разработать при проектировании горно-обогатительных пред­приятий обоснованные системы стабилизации качества руд при отработке месторождения за счет усреднения руд при добыче, транспортировке, складировании, бункеровании и т. д.;

4) оценить возможности предварительной сортировки руд по кон­центрации извлекаемых компонентов, вещественному составу, обо­гатимости с выделением отвальных продуктов на стадии первич­ного или среднего дробления в результате разделения по плотно­сти (в тяжелых средах или отсадкой), твердости и крупности (на грохотах), цвету, блеску, люминесценции (на фотометрических сепараторах), естественной или наведенной радиоактивности (на радиометрических сепараторах) и другим различиям в свойствах разделяемых минералов или минеральных ассоциаций;

5) оценить твердость минералов и механическую прочность агре­гатов, крупность вкрапленности минералов и их взаимопрорастание, контрастность прочностных свойств компонентов руды и ее измельчаемость, учитываемые при разработке схемы рудоподготовки и оптимизации степени измельчения.

На тех месторождениях, где осуществлено геолого-технологическое картирование, открывается возможность создания принципи­ально новой системы управления качеством руды.

Наиболее простой для внедрения вариант такой системы пред­усматривает применение традиционных механических методов об­работки кускового материала. Подобная система внедрена на Но­рильском горно-металлургическом комбинате, на медно-молибденовом комбинате «Эрдэнэт» и запроектирована для Тырныаузского вольфрамово-молибденового и Жайремского полиметаллического комбинатов.

Система включает в себя операции, перечисленные ниже в по­рядке их технологической последовательности.

Опережающее технологическое опробование. Данные геолого-технологического картирования используют для перспективного планирования работы обогатительной фабрики в соответствии с календарем горных работ. При этом планируют не усредненный в целом по месторождению, а «плавающий» уровень технологических показателей на различные временные периоды в соответствии с реальным качеством руды, которая будет вовлечена в переработку в соответствующий период. Опыт пуска советско-монгольского ком­бината «Эрдэнэт» показал хорошую сходимость прогнозируемых и фактически достигнутых показателей (рисунок 1).

Перед отработкой подготовленного к эксплуатации блока про­водится его опережающее технологическое опробование в целях уточнения данных геолого-технологического картирования. Про­бы для технологического опробования отбирают традиционными методами, затем проводят контрольные химико-минералогические анализы и технологические опыты.

Разделение технологических типов руд производят путем их селективной выемки из недр и раздельного транспортирования. Для этого руды различных типов должны занимать существенный объем рудного тела или месторождения, а рентабельность селективной добычи должна быть обоснована выгодой от раздельной переработ­ки. Типичен в этом отношении пример Норильского горно-металлургического комбината. Переход от валовой переработки к раз­дельному обогащению руд различных технологических типов обес­печил значительный прирост извлечения металлов.

Дезинтеграция руды. Руду каждого технологического типа дро­бят в целях дезинтеграции горной массы на минеральные агрегаты. При наличии глинистых примесей дробленую руду промывают.

Сепарация кусковой руды. При достаточной степени контраст­ности дробленой руды ее подвергают сепарации. Если минераль­ные агрегаты отличаются по плотности, наиболее эффективным процессом является тяжелосредная сепарация. Для некоторых ви­дов руд в качестве сепарационного процесса могут быть использо­ваны крупнокусковая отсадка, грохочение (при склонности руды к избирательному разрушению в процессе дезинтеграции) или ку­сковая магнитная сепарация (при различии в магнитных свойствах агрегатов).

Рисунок 1. Использование результатов геолого-технологического картирования

для оперативного планирования показателей обогащения комбината «Эрдэнэт»

В процессе сепарации, как правило, выделяют отвальную пу­стую породу, но это не обязательно. Иногда оба продукта сепара­ции могут поступать на дальнейшую переработку. Например, лег­кая и тяжелая фракции при тяжелосредной сепарации норильской руды поступают на дальнейшее обогащение в качестве руд само­стоятельных технологических типов.

В свою очередь, после сепарации в результате удаления в пу­стую породу вредных минеральных примесей, может исчезнуть не­обходимость обогащать руду данного технологического типа по отдельной схеме, и она может быть объединена и смешана с рудой другого соответствующего технологического типа. Например, на Тырныаузском месторождении скарнированные мраморы после удаления в тяжелых суспензиях кальцита могут быть объединены со скарнами.

Посортовое усреднение руд. Дробленая и отсепарированная ру­да подвергается усреднению по отдельным технологическим типам, в результате чего происходит сглаживание технологических разли­чий между сортами. Усреднение можно производить в специальных многослойных штабелях, усреднительных бункерах или галерейных складах обогатительных фабрик, как, например, на Жайремском горно-обогатительном комбинате. Раздельное обогащение обеспечивает повышение извлечения метал­лов на 15-20 % по сравнению с валовой переработкой.

Могут быть случаи, когда полученные при рудоподготовке тех­нологические типы руд являются совместимыми в технологическом отношении, т. е. возможно их совместное обогащение, но при сме­шивании в определенных пропорциях. Тогда из штабелей усреднительного склада формируют единый поток рудной шихты, посту­пающей на обогащение. Таким примером может служить схема рудоподготовки вольфрамового потока Тырныаузского месторожде­ния, принятая в проекте реконструкции комбината.

Схемы рудоподготовки последнего типа более предпочтительны, что диктуется тенденциями развития обогатительного передела, для которого в последнее время в связи с повышением единичной мощ­ности оборудования характерно построение схем с минимальным числом технологических линий, а в пределе – с моносекционной компоновкой оборудования. При этом значительно сокращается ко­личество обслуживаемых агрегатов и достигается максимальная производительность труда.

Однако следует отметить, что формирование единого рудного потока в результате рудоподготовки механическими методами воз­можно лишь в отдельных случаях.

Система управления качеством руды и рудоподготовка на осно­ве механических методов обладают также и рядом других недо­статков:

1) обязательное условие для их применения – селективная добыча руд различных технологических типов и их раздельное транспорти­рование, что не всегда практически осуществимо из-за сложности организации работ и их высокой стоимости;

2) технологические типы руд должны быть четко геометризованы в пространстве, а их запасы должны составлять высокую долю от общих запасов месторождения, что не всегда наблюдается на ме­сторождениях сложного генезиса;

3) отбор проб и их химико-минералогический и технологический анализы при опережающем технологическом опробовании очень длительны и трудоемки;

4) механические методы сепарации, как уже отмечалось, не уни­версальны и могут быть применены лишь при благоприятных осо­бенностях вещественного состава руд;

5) усреднительные склады могут в основном работать в статиче­ском режиме (без управления качеством усредняемых руд). Поэто­му такие склады занимают большие площади и требуют накопле­ния при формировании штабелей больших объемов руды, что не всегда практически возможно при отставании подготовительных горных работ.

Система рудоподготовки на основе радиометрических методов. Для построения комплексной системы управления качеством руды (КСУКР), свободной от указанных выше недостатков, необходимо, чтобы все процессы рудоподготовки базировались на единой информационной и методологической основе. Такой общей базой могут стать методы ядерно-физического опробования и радиометрические методы разделения (рисунок 2).

При этом в процессе бурения разведочных скважин можно оценивать и физико-механические свойства горных пород.

Все это по сравнению с опережающем технологическим опробо­ванием может быть осуществлено без отбора технологических проб, их трудоемкого длительного анализа и проведения испыта­нии на обогатимость. Кроме того, весь комплекс полученных дан­ных сразу же может быть заложен в память ЭВМ для последую­щего автоматизированного управления процессами рудоподготовки и обогащения.

Взрывная отбойка в руднике или карьере подготовленного к отработке участка должна осуществляться не только в целях отде­ления руды от массива. Неотъемлемыми функциями этой операции при оперативном управлении качеством руды является получение горной массы заданного гранулометрического состава с определен­ными прочностными свойствами, что осуществляется регулировани­ем массы взрывных веществ (ВВ) в зависимости от неоднородно­сти физико-механических свойств горных пород и применением спо­собов взрывания, направленных на разупрочнение пород.

Взрывная отбойка в этих условиях не только выступает в виде операции горных работ, но и является стадией взрывного дробле­ния. I стадия механического дробления, выносимая на рудник или в карьер, в сочетании с взрывной отбойкой помогает реализовать эти функции.

Распознавание технологических типов руд и пустой породы осу­ществляется радиометрическими методами при транспортировании добытой горной массы в емкостях (вагонах, вагонетках, самосва­лах) или в потоке на конвейере при циклично-поточной или поточ­ной системах горных работ.

При этом нет необходимости раздельного транспортирования руд различных технологических типов, необходимо лишь, чтобы они не смешивались при транспортировании.

Собственно операция сортировки обеспечивает на основе инфор­мации, полученной радиометрическими методами, выделение из по­тока пустопородной части и разделение оставшейся части по тех­нологическим сортам на отдельные потоки. Поскольку это связано с изменением маршрутов транспортных средств при транспорти­ровании в емкостях или с перегрузками при конвейерной системе транспорта, сортировку целесообразно осуществлять на рудосортировочной станции (РСС).

Сортировку можно осуществлять крупными порциями в емко­стях (крупнопорционная сортировка) или более мелкими порция­ми в тонком слое, если применяются конвейеры (мелкопорционная сортировка). Более перспективна мелкопорционная сортировка, со­ответствующая прогрессивному характеру циклично-поточной и по­точной технологии горных работ (рисунок 3).

Рисунок 2. Спектр взаимодействия различных видов излучения

с минеральным веществом при радиометрических методах рудоподготовки.

а – крупнопорционная сортировка;

б – мелкопорционная сортировка;

в – покусковая сепарация.

Рисунок 3. Различные способы радиометрического разделения:

Дезинтеграция рудной массы в целях раскрытия минеральных агрегатов осуществляется во II стадии дробления. При наличии глины одновременно производится промывка руды. Это необходимо по трем причинам:

1) наличие глинистых примесей затрудняет даль­нейшую транспортировку руды;

2) глинистые минералы являются, как правило, вредной примесью при обогащении;

3) глинистые минералы затрудняют сепарацию минеральных агрегатов.

Сепарация минеральных агрегатов осуществляется также радиометрическим методом в покусковом режиме (рисунок 3в). Ей должна предшествовать операция грохочения для выделения необходимых классов крупности, поступающих на сепарацию, и несепарируемой рудной мелочи, которая, как правило, обогащена полезными компонентами вследствие эффекта избирательного дро­бления.

Все операции сортировки, вторичного дробления, грохочения, промывки и сепарации целесообразно размещать в едином ком­плексе, который в этом случае получает наименование рудоподготовительный комплекс.

Усреднение и складирование руды выделенных технологических типов производят в отдельных накопительно-усреднительных скла­дах. Имеющаяся информация о составе сырья, движущегося в по­токе, позволяет принципиально по-новому подойти к его формиро­ванию – не в статическом, а в динамическом режиме – и, следова­тельно, значительно уменьшить необходимую с точки зрения про­цесса усреднения вместимость складов. При этом следует выпол­нять лишь условие бесперебойного обеспечения сырьем обогати­тельной фабрики независимо от режима работы горного цеха.

Из усреднительных складов производится шихтовка партий то­варной руды, отгружаемой непосредственно на химико-металлурги­ческую переработку, или формирование потока рудной шихты, являющейся питанием обогатительной фабрики.

Лит.: 4 доп. [21-30].

Контрольные вопросы:

1) назовите недостатки технологий рудоподготовки I-IV поколений;

2) в чем сущность геолого-технологического картирования руды?;

3) что такое тип руды?;

4) что такое сорт руды?;

5) цель ядерно-физического опробования руды в недрах.

Дата добавления: 2017-01-13