Механизм образования отходов при изменчивости качества руды на обогатительном производстве (на примере АО "апатит")

УДК 502.11: 316.4.051.2

И.О. Озмидов

МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ

ОТХОДОВ ПРИ ИЗМЕНЧИВОСТИ

КАЧЕСТВА РУДЫ

НА ОБОГАТИТЕЛЬНОМ

ПРОИЗВОДСТВЕ

Проанализированы факторы, влияющие на качество готового продукта (апатитового концентрата) при обогащении на АО «АПАТИТ». К таким факторам относится изменчивость содержания полезного компонента в рудной массе, поступающей на флотацию. Получены зависимости изменения содержания Р2О5 в руде, поступающей на флотацию за сутки по двум случайным выборкам лабораторного анализа содержания полезного компонента в руде, поступающей на флотацию и в концентрате. Анализ показал, что квадратичное отклонение содержания полезного компонента в руде достаточно высокое. Если сделать предположение, что флотационные реагенты на АНОФ3 рассчитываются исходя из содержания Р2О5 в руде 12-13%, то качество продуктов обогащения зависит только от квалификации персонала и дополнительного расхода реагентов. Решение этой задачи должно быть комплексным и системным. С системных позиций анализируются природные, горно-технологические, экономические и управленческие возможности предприятия для стабилизации качества рудной массы, поступающей на обогащение и, соответственно, на флотацию. Ключевые слова: изменчивость качества руды, содержание полезных компонентов, обогащение, формирование отходов, качество концентрата.

Экономическая эффективность и конкурентоспособность современного горного предприятия определяется рядом показателей, среди которых качество продуктов обогащения полезных ископаемых является одним из важнейших.

Вовлечение в переработку бедных руд приводит к увеличению расхода реагентов, энергетических и материальных ресурсов, количества складируемых тонкоизмельченных хвостов, что ухудшает экологическую обстановку в районе горно-обогатительного предприятия. В соответствии с концепцией устойчивого развития [11, 13, 15] и ресурсно-экологическими проблемами

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 5. С. 337-344. © 2017. И.О. Озмидов.

горно-обогатительного предприятия [7, 10, 11] приоритетным направлением развития недропользования является создание ресурсосберегающих экологически сбалансированных технологий разработки рудного и техногенного сырья [5, 6, 8, 9, 11].

Одним из способов решения данной проблемы является сокращение объема горной массы, поступающей в переработку, что возможно путем включения в существующий технологический процесс предконцентрации и стабилизации качества добытой руды [5, 8, 14].

В настоящее время все большее влияние на качество продуктов обогащения оказывают существующие природные (в первую очередь состав и изменчивость параметров горной массы) и технологические (технические) возможности горного производства.

При проектировании обогатительных фабрик расчет технологической схемы и выбор технологического оборудования производят в основном по средним показателям качества руды и по расчетной производительности предприятия.

При этом предполагается, что показания качества исходного сырья остаются во времени постоянными. При высоких показателях содержания полезных компонентов в рудной массе такой подход обоснован. При снижении содержания полезного компонента в рудной массе и значительных колебаниях этого показателя во времени этот подход приводит к увеличению потерь полезного компонента при обогащении, увеличению количества хвостов и в конечном счете — к экономическим потерям в производственном процессе [7].

В основу требований к качеству полезных ископаемых необходимо закладывать принцип совместного учета объективных требований перерабатывающих предприятий (основанных на достигнутом уровне техники, технологии и экономики переработки), а также реальных природных и технических возможностей горного производства.

При проектировании обогатительных фабрик расчет технологической схемы и выбор технологического оборудования производят в основном по средним показателям качества руды, а также по расчетной производительности предприятия.

Исследованиями и практикой работы обогатительных фабрик установлено, что отклонение содержания полезного компонента в руде относительно среднего значения в большую или меньшую сторону приводит к потерям. В случае с увеличенным содержанием полезного компонента в руде — требует-

ся повышенное содержание реагентов, а в случае пониженного содержания полезного компонента в руде происходит снижение качества продукта обогащения [3, 4].

Часть показателей качества руды (измельчаемость, крупность вкрапленности, изменчивость плотности, связанная с изменчивостью химического и минерального состава рудной массы), влияющие на технологический процесс, количественно не определяются и не подлежат контролю.

В производственных условиях информация о составе рудной массы и других показателях качества, поступающей на обогащение, поступает с опозданием, т.к. это связано с проведением лабораторного анализа рудной массы, что занимает некоторое время. Рассчитать время от места забора проб, подачу проб на анализ, проведение анализа можно, но согласовать с технологическим циклом практически невозможно. В этом случае качество продукта обогащения в технологическом процессе зависит от квалификации персонала, что отрицательно влияет на управление технологическим процессом.

Содержание полезного компонента в руде зависит от природных, горно-технологических, управленческих и др. факторов.

«Из всех показателей, характеризующих качество добытой руды, обычно наиболее важными для потребителя (в данном случае — обогатительной фабрики) являются содержание основных компонентов руды и уровень их стабильности» [5, 6].

Обогатительная фабрика представляет собой сложную техническую систему, выполняющую ряд технологических операций и состоящую из ряда технических устройств, машин и оборудования, выполняющих единый технологический процесс обогащения полезных ископаемых.

Переработка руд включает следующие технологические операции: крупное, среднее, мелкое и тонкое дробление, грохочение, измельчение, далее измельченная руда поступает на обогатительный процесс. В состав апатит-нефелиновых руд Хибинских месторождений в качестве основного компонента входит апатит, а также другие минералы, с различными физико-химическими и флотационными свойствами разделяемых компонентов. Это позволяет получать в процессе флотации качественные концентраты [1].

Для выполнения всех этих операций технологическое оборудование обогатительных фабрик в едином технологическом процессе должно быть увязано между собой по производительности. Параметры технологии обогащения руд рассчитывают-

Время взятия пробы, ч

Рис. 1. Изменения содержания Р2О5 в руде, поступающей на флотацию за сутки

ся исходя из средних показателей качества и количества рудной массы.

Колебания качества поставляемой руды создают значительные трудности в ее переработке, приводя к увеличению затрат на переработку, ухудшению качества продуктов обогащения, снижению извлечения полезных компонентов и ухудшению экологической составляющей. Обогатительный процесс негативно откликается на нестабильность состава рудного сырья.

Рассмотрим изменение содержания полезного компонента в измельченной руде, поступающей на процесс флотации. Для по-

Время взятия пробы, ч

Рис. 2. Изменения содержания Р2О5 в руде, поступающей на флотацию за сутки

строения такой зависимости была использована случайная выборка данных АО АПАТИТ. Результаты приведены на рис. 1 [9].

Среднее значение содержания Р2О5 в руде, поступающей на флотацию по исследуемой выборке равно 10,71, а квадратичное отклонение — 4,18.

На рис. 2 также представлены данные другой случайной выборки данных АО «АПАТИТ».

Среднее значение содержания Р2О5 в руде, поступающей на флотацию по исследуемой выборке равно 14,15, а квадратичное отклонение — 11,62.

На рис. 1 и 2 представлены результаты анализа проб руды, взятых на АНОФ-3 в течение суток (3 смены).

Анализируя полученные результаты анализа случайной выборки можно сделать следующий выводы:

• квадратичное отклонение содержания полезного компонента в руде достаточно высокое;

• если сделать предположение, что флотационные реагенты на АНОФ3 рассчитываются исходя из содержания Р2О5 в руде 12—13%, то качество продуктов обогащения зависит только от квалификации персонала.

Необходимо также отметить, что в процессе подготовки руды к флотации неоднократно происходит ее перемешивание, следовательно, колебания содержания Р2О5 в рудной массе, поступающей на крупное дробление, может быть еще больше.

Исследования раскрыли механизм образования потерь в результате колебаний показателей качества руды [3, 4].

«Отклонения содержания полезного компонента в руде в большую или меньшую сторону относительно среднего значения (расчетного значения) приводит в сумме к потерям». При отклонении содержания полезного компонента в меньшую сторону происходит снижение качества готового продукта, а в большую сторону — к увеличению расхода реагентов для извлечения всего количества полезного продукта по сравнению с расчетным, и значительная часть полезного компонента поступает в хвосты.

«Подача на обогатительные фабрики руды с большими колебаниями показателей качества приводит к тому, что около 30—50% смен фабрик работает в режиме, не соответствующем технологическому регламенту [3, 4]».

Учитывая, что готовая продукция предприятий должна удовлетворять соответствующим требованиям [2], и технологический процесс обогащения рассчитан на определенное содержа-

ние полезного компонента, в результате разброса параметров перерабатываемой руды получаем дополнительные отходы или дополнительная часть полезного компонента попадает в хвосты, что влияет на экологические и экономические показатели предприятия.

Решение этой задачи должно быть комплексным и системным.

Необходимо с этих позиций проанализировать природные, горно-технологические, экономические и управленческие возможности предприятия для стабилизации качества рудной массы, поступающей на обогащение и, соответственно, на флотацию.

Таким образом, внедрение на горно-обогатительных предприятиях дополнительного подразделения и технологий по стабилизации качества руды и системы управления качеством руды является актуальным.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абрамов А. А. Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых. Т. 1. Обогатительные процессы и аппараты: Учебник для вузов. — М.: Изд-во МГГУ, 2001. — 472 с.

2. ГОСТ22275-90. Концентрат апатитовый. Технические условия.

3. Глембоцкий В. А. Физико-химия флотационных процессов. — М.: Недра, 1972. - 392 с.

4. Кармазин В. И., Кармазин В. В., Егоров В. Л. Физические основы обогащения полезных ископаемых: Метод. разраб. М-во цвет. металлургии СССР. Гос.науч. исслед. и проектный институт редкометалл. пром-ти «Гиредмет». — 250 с.

5. Кожиев Х. Х. Ломоносов Г. Г. Рудничные системы управления качеством минерального сырья, 2-е изд., стер. — М.: Изд-во МГГУ, 2008. — 292 с.

6. Ломоносов Г. Г. Производственные процессы подземной разработки рудных месторождений. 2-е изд. — М.: Изд-во «Горная книга», 2013. — 517 с.

7. Озмидов И. О. Ресурсно-экологические показатели горного производства и методы их определения // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2016. — № 4. — С. 251—260.

8. Туртыгина Н. А. Обоснование системы стабилизации качества бедных медно-никелевых руд при подземной добыче: монография. — Норильск: НИИ, 2012. — 151 с.

9. Чмыхалова С. В. Взаимосвязь эффективности обогатительного производства и качества рудного сырья (на примере АО «Апатит») // Научные исследования: от теории к практике. Материалы X Международной научно-практической конференции (Чебоксары, 30 окт. 2016 г.). — 2016. — № 4 (10). — С. 97—99.

10. Чмыхалова С. В. Материальный баланс горнодобывающего предприятия и его оценка // Научные исследования: от теории к практике.

Материалы X Международной научно-практической конференции (Чебоксары, 30 окт. 2016 г.). - 2016. - № 4 (10). - C. 100-102.

11. Чмыхалова С. В. Перспективы развития рудно-сырьевой базы АО «Апатит» и способы ее улучшения // Научные исследования: от теории к практике. Материалы X Международной научно-практической конференции (Чебоксары, 30 окт. 2016 г.). - 2016. - № 4 (10). - C. 103-106.

12. Чмыхалова С. В. Ресурсо-экологическая оценка взрываемости горных пород // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. - 2006. - № 6. - С. 51-59.

13. Lian-Rong Zhao, Wei Chen. Establishment of Assessment Indicator System of Sustainable Development in Mining Industry and Evaluation of Pilot Project. 2014 International Conference on Social Science (ICSS 2014). Atlantis Press, 2014. pp. 193 - 200.

14. Murphy B., J. van Zyl, Domingo G. Underground Preconcentration by Ore Sorting and Coarse Gravity Separation. Narrow vein mining conference / Perth, WA, 26-27 March 2012.

15. Umberto Pisano. Resilience and Sustainable Development: Theory of resilience, systems thinking and adaptive governance. ESDN Quarterly Report No 26, European Sustainable Development Network, September 2012. li^re

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ

Озмидов Игорь Олегович - начальник технологического отдела, АО «МОСТДОРГЕОТРЕСТ», e-mail: iozmidov@mail.ru.

Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 5, pp. 337-344. I.O. Ozmidov

MECHANISM OF WASTE GENERATION AT PROCESSING PLANT SUBJECT TO VARIABLE QUALITY ORE

Low-grade ore introduced into processing affects the mineral enrichment process. As a result, consumption of reagents, power and mineral resources, as well as the quantity of finely ground tailings grow, which worsens ecology in the area of a mining and processing plant.

The article analyzes the factors that govern the quality of the finished product (apatite concentrate) in the enrichment process in terms of Apatit company. One of such factors is variation of the useful mineral component in the flotation feed. The curves of the change in P205 content of ore fed to flotation within a day are obtained based on two random samplings of lab analysis data on useful mineral content of the flotation feed and of the concentrate. The analysis has shown comparatively high square deviation of the useful mineral content of the ore. Under assumption that consumption of flotation agents ANOF3 is calculated based on 12-13 % content of P205 in the ore, the quality of processing products only depends on the skill of the personnel and on the extra consumption of flotation agents.

This problem should be treated wholistically and systemically. From the systemic standpoint, the natural, geotechnical, economical and managerial capabilities of the plant are analyzed toward stabilization of the quality of ore feed for processing and flotation.

UDC 502.11: 316.4.051.2

This is of high priority to introduce auxiliary divisions and additional technologies aimed to stabilize ore quality and the ore quality control management at mining and processing plants.

Key words: the variability of apatite ore quality, the content of useful ore components, dressing production, waste formation, the concentrate quality.

AUTHOR

Ozmidov I.O, Head of Technological Department, e-mail: iozmidov@mail.ru, MOSTDORGEOTREST, 129344, Moscow, Russia.

REFERENCES

1. Abramov A. A. Pererabotka, obogashchenie i kompleksnoe ispol'zovanie tverdykh poleznykh iskopaemykh. T. 1. Obogatitel'nye protsessy i apparaty: Uchebnik dlya vuzov (Processing, dressing and comprehensive utilization of solid minerals. V.1. Dressing processes and apparatus: Textbook for universities), Moscow, Izd-vo MGGU, 2001, 472 p.

2. Kontsentrat apatitovyy. Tekhnicheskie usloviya. GOST 22275-90 (Apatite concentrate. Technical conditions (specifications). State Standart 22275-90).

3. Glembotskiy V. A. Fiziko-khimiya flotatsionnykh protsessov (Physical Chemistry of Flotation), Moscow, Nedra, 1972, 392 p.

4. Karmazin V. I., Karmazin V. V., Egorov V. L. Fizicheskie osnovy obogashcheniya poleznykh iskopaemykh: Metod. razrab. (Physical principles of mineral dressing»: method. developments), Moscow, Giredmet, 250 p.

5. Kozhiev Kh. Kh. Lomonosov G. G. Rudnichnye sistemy upravleniya kachestvom mineral'nogo syr'ya, 2-e izd. (Mining mineral quality management system, 2nd edition), Moscow, Izd-vo MGGU, 2008, 292 p.

6. Lomonosov G. G. Proizvodstvennye protsessy podzemnoy razrabotki rudnykh mestorozhdeniy. 2-e izd. (Underground mining production processes of ore deposits, 2nd edition), Moscow, Izd-vo «Gornaya kniga», 2013, 517 p.

7. Ozmidov I. O. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2016, no 4, pp. 251—260.

8. Turtygina N. A. Obosnovanie sistemy stabilizatsii kachestva bednykh medno-nikelevykh rud pri podzemnoy dobyche: monografiya (Substantiate of the stabilization system quality poor copper-Nickel ores in underground mining: monograph), Noril'sk, NII, 2012, 151 p.

9. Chmykhalova S. V. Nauchnye issledovaniya: ot teorii kpraktike. Materialy X Mezh-dunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii (Materials X International scientific-practical conference), Cheboksary, 30 okt. 2016 g. 2016, no 4 (10), pp. 97-99.

10. Chmykhalova S. V. Nauchnye issledovaniya: ot teorii kpraktike. Materialy X Mezh-dunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii (Materials X International scientific-practical conference), Cheboksary, 30 okt. 2016 g. 2016, no 4 (10), pp. 100-102.

11. Chmykhalova S. V. Nauchnye issledovaniya: ot teorii kpraktike. Materialy X Mezh-dunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii (Materials X International scientific-practical conference), Cheboksary, 30 okt. 2016 g. 2016, no 4 (10), pp. 103-106.

12. Chmykhalova S. V. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Gornyy zhurnal. 2006, no 6, pp. 51-59.

13. Lian-Rong Zhao, Wei Chen. Establishment of Assessment Indicator System of Sustainable Development in Mining Industry and Evaluation of Pilot Project. 2014 International Conference on Social Science (ICSS 2014). Atlantis Press, 2014. pp. 193 200.

14. Murphy B., J. van Zyl, Domingo G. Underground Preconcentration by Ore Sorting and Coarse Gravity Separation. Narrow vein mining conference. Perth, WA, 26-27 March 2012.

15. Umberto Pisano. Resilience and Sustainable Development: Theory of resilience, systems thinking and adaptive governance. ESDN Quarterly Report No 26, European Sustainable Development Network, September 2012.