Технология комплексной переработки и обогащения полезных ископаемых

Я очень рад, что за всю историю существования горнопромышленного сообщества впервые предоставлено слово обогатителю. Если проанализировать экономику, о которой мы говорим, то экономика всего горно-металлургического цикла определяется эффективностью процессов обогащения полезных ископаемых, где мы получаем готовую продукцию.

Современное развитие горно-металлургического и топливно-энергетического комплексов в основном обусловлено, с одной стороны, повышенными требованиями индустриальной техники в цветных, редких, редкоземельных, благородных металлах, высококачественном угольном концентрате, а, с другой – в переработку вовлекаются труднообогатимые руды и техногенное минеральное сырье, характеризующееся низким содержанием ценных компонентов, тонкой вкрапленностью, вплоть до эмульсионной, близкими физико-химическим и технологическими свойствами и плюс обостренной экологической обстановкой в горнопромышленных регионах. 

И, начиная, примерно, с 80-ых годов прошлого столетия выявился ряд таких противоречий между качеством минерально-сырьевой базы и состоянием техники, технологии и организации обогащения полезных ископаемых. 

Вследствие вышеизложенного, перед учеными, технологами, инженерами стояла задача разработки интенсификации действующих и разработки новых эффективных процессов комплексной и глубокой переработки минерального сырья на основе использования последних достижений фундаментальных наук, таких как: физика, химия, физика твердого тела, которые позволили бы получать из такого бедного сырья продукцию, конкурентоспособную на мировом рынке, причем, не только по технологическим, но и экологическим критериям.

Вследствие вышеизложенного, сразу же на первой стадии рудоподготовки российскими учеными были научно обоснованы и разработаны радиометрические методы сепарации, которые позволяли за счет крупнокусковой сортировки сепарации уже на первой стадии предобогащения от, примерно, 30% до 50% получать, как вы видите, продукцию, которая не подвергается в последующем процессам обогащения. Причем этот продукт может быть использован (мы не называем хвосты, а отвальный продукт просто) либо в строительной технике, либо в закладке рудного пространства при разработке твердых полезных ископаемых. 

Здесь за счет радиометрической сепарации мы уже получаем сырье, мы повышаем качество сырья. И руды из балансовых бедных становятся уже рядовыми, и мы можем их направлять на процессы обогащения. Причем затраты здесь снижаются от 20 до 30%, так как  мы снижаем количество руды, поступающей на процессы дробления и измельчения и на последующие операции. 

Вот яркий пример фотометрической сепарации Сухой Лог, которая была недавно проведена в ряде институтов. Если вы посмотрите на эти графики, вы увидите, что содержание  рядовой руды можно будет повысить с 3% до 58,2%, причем продукты около 53%  мы уже получаем отвального продукта, который может быть использован в качестве закладочного материала. 

И даже для «убогих» руд, это бедные руды при содержании золота 0,64%  мы повышаем почти до 1,6%. Это уже рядовые руды, которые могут быть направлены на процесс обогащения. Сегодня Сухой Лог  благодаря этой операции фотометрической сепарации, запасы золота утверждены с одной тысячи тонн практически до двух тысяч тонн. Так за счет такой операции мы резко сокращаем затраты на последующие операции поиска и разведки. Здесь приведены примеры этих сепараторов, они уже производятся и могут быть эффективно использованы. Сегодня эти технологии используются на Урале Уральской горно-металлургической компанией при обогащении медно-цинковых руд, на ряде золотосодержащих горно-металлургических комбинатах. 

Основные энергетические затраты связаны с процессами измельчения, до 80% всей электроэнергии идет на процесс измельчения. И уже затраты примерно составляют от 40 до 50 кВт/час  на переработку  одной тонны руды. В последние годы, примерно с 2000-ых годов, уже классические методы измельчения в стержневых и шаровых мельницах заменяются на конусные инерционные дробилки «ролинг прессинг», в которых реализуются сдвиговые и растягивающие напряжения, и которые нам уже позволяют разделять комплексы на отдельные минеральные компоненты. А, как известно, эффективность процесса обогащения зависит от раскрытия минеральных комплексов и от контрастности технологических свойств. Но в то время, когда мы имеем тонкодисперсные минеральные вкрапления, предположим, благородных металлов, когда вкраплены составляет до нескольких микрон, а иногда доходят до нанометров, причем в рудных золотосодержащих месторождениях эти тонковкрапленные комплексы примерно составляют от 15 до 30% и практически они теряются безвозвратно. Потому что в основном это золото и платина находятся в объеме сульфидных минералов – пириты или арсенипириты. Поэтому в последние 10-15 лет были предложены и разработаны у нас ряд энергетических и традиционных методов – это СВЧ-обработка, электрогидродинамическая, магнитно-импульсная обработка и мощные наносекундные импульсы. 

Эти методы позволяют при обработке минералов и руд крупностью от 2 мм и до 0,5 мм получать дополнительные дефекты, микротрещины, которые в последующем при  небольших затратах на измельчение уже позволяют нам раскрыть минеральные комплексы и получать уже материал, который можно будет эффективно обогащать. Я приведу пример, который показывает, что происходит с этими минеральными комплексами при воздействии наносекундных электромагнитных импульсов. Это то, что разработано у нас в Институте проблем комплексного освоения недр. Вы видим создание каналов пробоя. Сущность этого метода заключается в том, что эти импульсы в течение наносекунд идут от поверхности к металлу с наибольшей электропроводностью, то есть к золоту либо к платине. И затем, уже подавая рабочие растворы (либо цианид, либо другие), мы эффективно выщелачиваем. Кроме того, на поверхности образуются наносоединения, регулируя которые в зависимости от дозы облучения, мы можем получать продукты, которые гидрофобизируют эту поверхность, и за этот счет мы можем увеличить эффективность разделения. Здесь показана полупромышленная установка, которая была испытана на Норильском горно-металлургическом комбинате. А это уже промышленная установка (1 тонна в час) на Владыкинском заводе Москвы – она работает. 

Вот тот пример, который показывает эффективность данного метода. Если вы посмотрите, то вы увидите, что если после обработки в последующем вести измельчение 10-15 мин., мы получим прирост извлечения. Это идет обогащение в центробежных сепараторах, то есть мы уже мы видим разделение комплексов на отдельные минералы. Эти минералы эффективно извлекаются в концентраты. Справа, вы видите, там повышенное извлечение золота, платины и палладия от 60 до 80%. Тогда как обычное измельчение, даже 60 мин. не раскрывает сростки на отдельные компоненты, а просто приводит к дополнительному получению тонкодисперсных шламов, которые наоборот только ухудшают процессы. 

Дальше я хочу сказать о том, что надо привлечь бизнес к тому, чтобы  эти разработки были доведены до уже промышленных аппаратов. И когда мы в Норильске сказали, давайте, вот вы видите результаты, да, нас они устраивают. Что будем дальше делать? Нам ответили – а дальше вы нам привозите этот промышленный аппарат, мы его внедрим и будем делать всё. Вместо того, чтобы вложить вместе с нами деньги, создать этот аппарат? Мы предлагали им, что вы будете такими же соавторами. Но, к сожалению, ситуация вот так сложилась. Дальше я не буду останавливаться.

А теперь я хочу остановиться на том, что когда мы имеем уже руды с субмикровкрапленностью, в этом случае классический метод обогащения становится «бессильным». То есть обогащение полезных ископаемых – это разделение минералов без изменения фазового состава, без изменения химического состава. Но если у вас вкрапленность несколько микрон, то, сколько бы вы ни измельчали, вы не можете разделить и получать отдельный компонент. Если вы не получили отдельный компонент, значит вы не получите богатый концентрат. В этом случае нудно переходить уже на получение коллективного концентрата с максимальным извлечением всех ценных компонентов, и потом этот коллективный концентрат уже направлять на химические методы переработки, комбинированные методы. И как мы видим, здесь идут и процессы рудоподготовки, раскрытия, затем мы можем выделить легко обогащаемую часть – минеральные концентраты, а потом все промпродукты и коллективные концентраты направляем на процессы извлечения. Но экономика здесь будет играть только в том случае, если мы комплексно будем извлекать все ценные компоненты. В этом случае все наши расчеты показывают, что мы имеем очень большой экономический эффект. Но вначале надо вложить, конечно, деньги, средства, надо переходить на новые технологии. И на ряде комбинатов это уже хорошо используется. Мы знаем Норильский комбинат, где пиритсодержащие отходы автоклавно перерабатываются и получают дополнительно платину, медь и т.д. 

Я приведу один пример. Это озёрное месторождение. В течение 30 лет, еще начиная в советские времена, проводились различные методы обогащения – флотация, комбинированные, гравитация – извлечение не превышало 60%.  Когда мы получили коллективный концентрат, а затем направили на окислительно-автоклавное выщелачивание  цинка, а потом хлоридное выщелачивание свинца и цементацию, мы получили извлечение до 96% – цинкового раствора 92%, свинцового концентрата порядка 92%. Это яркий пример того, как можно повысить эффективность его производства.  

Дальше я хочу остановиться на том, что в том случае, когда у нас имеются минералы с нулевой контрастностью, здесь необходимо использовать различные методы воздействия. Это ультразвуковая, механохимия, электрохимия. И если 20 лет назад эти процессы мы могли рассматривать как экзотические, то на сегодня мы имеем уже промышленный выпуск и ультразвукового генератора, и электрохимических кондиционеров, и планетарных мельниц. Все эти методы позволяют снять поверхностную пленку с минералов, которые нивелируют все технологические свойства, и уже эффективно провести процессы обогащения. Вот вы видите, повышение извлечения золота после ультразвуковой обработки. Механохимия позволяет обрабатывать продукты-хвосты, после чего, где содержатся редкие земли, мы можем повысить извлечение редкоземельных элементов. 

Вот влияние электрохимической обработки. Здесь обычная обработка постоянным электрическим током позволяет снизить (вы видите) расход цианидов почти в 4 раза, повысить извлечение золота в 2 раза. И все эти затраты довольно не велики. Сейчас, благодаря руководству компании АК «АЛРОСА», все электрохимические методы реализованы, проверены, а часть из них снизить потери алмазов, перейти на замкнутый водооборот и получать более высококачественные алмазные концентраты. 

На данном слайде это всем вам известная биогидрометаллургическая переработка, которая дает возможность за счет бактерий резко увеличить процессы разрушения арсенпирита, пирита, антимонита, которые содержат золото. И тем самым мы видим, извлечение сразу повышается с 6%, максимум 60% без обработки, а микробиологическая обработка приводит  к 98% извлечению.  Основной недостаток этого метода в том, что он по кинетике замедлен. Это длится иногда от нескольких суток  иногда до месяца. Но сейчас в Институте микробиологии получены новые бактерии, которые почти в 2-3 раза увеличивают кинетику этого процесса. Красным цветом как раз показано использование этих бактерий, которые позволили и повысить извлечение золота, и, что не менее важно, снизить время обработки.

Как известно минеральное сырье техногенного происхождения является дополнительным источником расширения минерально-сырьевой базы и получения различных видов металла. Вы видите, что на Норильском комбинате отвальные хвосты, которые можно было бы использовать в качестве закладки. Но там высокое содержание платины, мы считаем достаточным, порядка 0,4. И небольшая разработка процессов лактации, которая тоже осуществлена в нашем институте, показывает, что можно снизить содержание сульфидов до 0,5, тем самым повысить механические свойства закладки и их использовать в процессе Норильского комбината. 

Внизу показана возможность использования мощных энергетических импульсов для вовлечения в переработку хвостов медно-цинковых руд, содержащих золото. Вы видите, что повышение извлечения здесь тоже высокое. Между прочим, эта технология развивается и на Урале, и там на ряде комбинатов тоже проведены исследования и получены очень хорошие результаты. Опять, что нужно сделать? Нужно выйти на создание промышленных аппаратов. Нужны деньги. Нет. Дайте нам оборудование. Но мы – академический институт. А сейчас, вы знаете, вообще практически отраслевые институты уничтожены. И раньше отраслевые институты занимались этими процессами, институты при самих комбинатах. Так что это один из главных вопросов, от которого зависит реализация прогрессивных новых технологий. 

Здесь еще показано кучное бактериальное выщелачивание. Я еще раз показываю те исследования, которые проведены были совместно с Уральской горно-металлургической компанией. И когда у нас цена на золото (3 года назад) составляла 1600 долларов за одну унцию, сейчас, к сожалению, 1100 долларов за унцию, в тот момент это было экономически выгодно вовлечь в переработку золотосодержащие пирит-хвосты. Здесь можно было получить дополнительно извлечение до 60% меди, цинка получить и порядка 70% золота. 

Вот еще один пример. Институт микробиологии. Когда вовлекаются в переработку и хвосты, и обогащение конверторных шлаков, и отвальные хвосты. Здесь идет кислотное выщелачивание, затем этот же продукт используется для переработки конверторных шлаков, и получаем извлечение в раствор медь, цинк и после биоокисления мы получаем золотосодержащий продукт. 

Всё это экономически просчитано, всё это экономически выгодно, но сейчас в связи со снижением содержания золота здесь мы как бы находимся на грани. Но самое главное, вся эта технология находится, как бы сказать, в резерве Уральской горно-металлургической компании. И она может быть реализована.

Здесь еще один момент, это техногенный – техногенные воды. Экология, мы сейчас здесь сидим рядом с Олегом Геннадьевичем, он показал, что у них там в Перми. Там такое колоссальное количество в техногенных водах, в подотвальных водах содержание и марганца, и железа, алюминия, хрома – всё это нарушает природу, наносит непоправимый ущерб. В то же время есть технология, когда из этих вод можно извлекать эти ценные компоненты. Вот на Бурибаевской обогатительной фабрике по марганцу довольно приличное содержание – 197 грамм на тонну. А ведь марганец ушел, он на Украине остался и в Казахстане.

Поэтому вот эта технология позволяет нам получать на первой стадии цементную медь, затем железосодержащий продукт и марганец, 51% марганец при извлечении 92%. 

Эти же воды можно будет использовать и в качестве выщелачивающего раствора при кучном выщелачивании бедных медно-цинковых вод. Здесь мы проводим модификацию этих вод за счет добавления хлора, получение гидрохлорида и содержание (несколько миллиграмм) мы получаем уже от 1,5 до 3 грамм, которые можно направить на электролиз и получать готовую продукцию. Экономика здесь тоже работает положительно. 

Здесь я просто показываю, это уже пришлось нам самим разработать документацию. И уже совместно с одним из предприятий (к сожалению, это малый бизнес) созданы эти кондиционеры воды и пульпы, и они прошли испытание и в компании АК «АЛРОСА» реализованы при получении готовой продукции. 

Здесь я привел пример, я не знал, что здесь четко и ясно будет рассказано про «Ковдорский ГОК», вы уже слышали, вот была разработана схема. Так что почти 60 млн. тонн переработано, получено 5 млн. тонн дополнительного концентрата: апатитового и бадделеитового.

Последнее, на чем я хотел бы остановиться, это на угле. Зона шлаковых отходов ТЭЦ. Помимо того, что ТЭЦ занимает объем порядка 1,5 млрд. тонн и 28 тысяч гектар, в то же время это является неплохим сырьем для получения и строительных материалов, и для извлечения ценных компонентов. Здесь что у нас? Железосодержащий минерал, золото, платина, в небольшом количестве, но есть, редкоземельные элементы, германий, как мы все знаем, и алюмосодержащий продукт, сырье для получения, может быть, глинозема. 

Вот, пожалуйста, простая схема, которая разработана, по которой проведены испытания и показана возможность получения обычной магнитной сепарации, железный концентрат, получение с помощью обычной винтовой сепарации, алюмосиликатный продукт, коллективный концентрат и содержание золота до 100 грамм на тонну при содержании примерно 0,2-0,1 грамма в золотошлаковых отвалах.

Это я показываю товарную продукцию. Пирит – содержание до 62, алюминий – до 35. А вот производс?