Минерально-сырьевые потоки некоторых месторождений цветных металлов

© В.А. Юков, 2013

УДК 622.34 В.А. Юков

МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВЫЕ ПОТОКИ НЕКОТОРЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Рассмотрены организация и движение минерально-сырьевых потоков на горных предприятиях по добыче бокситов, медных сульфидных, сульфидных медно-никелевых и урановых руд, включая предприятия по добыче нерудного сырья. Выделены четыре типа минерально-сырьевых потоков и даны основы их систематизации.

Ключевые слова: минерально-сырьевые потоки; бокситовые, медные сульфидные, сульфидные медно-никелевые, урановые руды; систематизация потоков.

Современный процесс освоения месторождения выглядит следующим образом.

Основная часть утверждённых запасов месторождений отрабатывается методами физико-технической технологии: открытым, открыто-подземным и подземным. Получаемая рудная масса перерабатывается на обогатительных фабриках.

В настоящее время часть фактически уже вскрытых запасов остается вне пределов разработки. За проектным контуром, в бортах и основании карьеров остаются выклинивающиеся в массиве и распределённые по периметру рудные участки. В шахтных полях не полностью отрабатываются бедные руды и маломощные рудные залежи, отдалённые локальные рудные тела, запасы, расположенные в неблагоприятных горно-геологических условиях. Зачастую в процесс освоения не вовлекаются накопленные техногенные образования.

Оставленные за контуром разработки руды отрабатывают сочетанием процессов и оборудования открытых и подземных горных работ. Для вовлечения в разработку сложных участков и труднодоступ-

ных залежей используют физико-химические и специальные технологии, применяемые с поверхности или из уже существующих выработок.

Подземное выщелачивание в России применяется в ограниченных масштабах: ведётся промышленная добыча урана — ЗАО «Да-лур» (Курганская обл.), меди — Гу-мешевское месторождение (Свердловская обл.) и золота — Гагарское месторождение (Свердловская

обл.).

Метод кучного выщелачивания используют для переработки бедных руд, размещённых в отвалах и техногенных отходов горного, обогатительного и металлургического производств. Скважинной гидродобычей отрабатывают рыхлые, лег-коразрушаемые разновидности руд. Выклинивающиеся, маломощные залежи ценных руд отрабатывают бурением скважин большого диаметра. Минерализованные стоки, зачастую имеющие кислую или щелочную реакцию, используют как активный агент в процессе выщелачивания. А их использование с различными добавками в качестве растворителей позволяет извлекать ценные компоненты из руд.

Рис. 1. Схема минерально-сырьевых потоков ОАО Севуралбокситруда

Переработка материалов техногенных образований не только увеличивает текущее производство металлов, но и продлевает срок действия горнодобывающих комплексов. Их можно разделить на две группы. Основа деления: потребительские свойства и технологии переработки исходных материалов. К первой группе относятся забалансовые запасы, вовлекаемые в переработку при минимальных производственных издержках или при увеличении цены на металлы. Ко второй группе относятся отходы добывающего и перерабатывающего комплексов. Для получения из них товарной продукции нужно осваивать новые технологии.

При разработке рудных месторождений разными методами на переработку направляются потоки рудной массы и продуктивные растворы. В результате образуются твёрдые и жидкие техногенные отходы. Эти потоки отличаются не только по виду перемещаемого материала, но и по структурному состоянию и вещественному составу. Анализ решений по использованию потоков показал, что недропользователи не рассматривают большинство отходов горно-обогатительного производства в качестве дополнительного источника, повышающего эффективность освоения месторождения в целом.

В целом можно выделить следующие потоки.

Прямые рудные потоки — это руда, рудная пульпа и продуктивные растворы.

Прямые нерудные потоки (потоки природных материалов) — забалансовые руды, породы открытых и подземных работ, хвосты обогащения, направляемые на хранение.

Карьерные, рудничные, подот-вальные воды представляют собой

минерализованные стоки. После очистки они могут быть использованы в производстве в качестве технической воды, направлены на полив сельскохозяйственных культур или сброшены в гидрографическую сеть. При кислой иди щелочной реакции их целесообразно использовать для выщелачивания. Если минеральные стоки содержат растворённые металлы в количествах, представляющих промышленный интерес, их направляют на гидрометаллургический передел для до-извлечения металлов.

В связи с изменением кондиций или созданием новой технологии переработки накопленные в процессе разработки отходы после проведения геолого-оценочных работ, уточнения распределения, содержания металлов и подсчёта «техногенных запасов» могут превратиться в кондиционное сырьё.

Переоценённые с новых позиций запасы техногенных образований ставятся на учёт. При их разработке образуются возвратные рудные потоки.

Возвратные техногенные потоки — некондиционные (по содержанию полезного компонента) материалы используются как для получения дополнительной основной и непрофильной продукции, так и для обеспечения условий дальнейшей отработки месторождения. После очистки минеральных стоков шламы, содержащие полезные компоненты, направляют на гидрометаллургический передел.

Организация и движение минерально-сырьевых потоков наиболее просты для горнодобывающего предприятия. Примером может служить СУБР, рис. 1. На схеме видны два параллельных прямых потока: рудный и нерудный.

Рис. 2. Схема минерально-сырьевых потоков ОАО Учалинский ГОК

Связано это с тем, что акционерное объединение является по сути только добывающим предприятием, продукция которого бокситовая руда и нерудное сырьё. В его состав не входит даже первая стадия передела добываемого сырья.

Более сложны организация и движение минерально-сырьевых потоков для горно-обогатительного предприятия, где добавляется первый передел — обогащение, рис. 2. Основная товарная продукция комбината: медный и цинковый концентраты, известковая паста и комковая известь, камнерезные и ювелирные изделия (из яшмы).

Отходами горно-обогатительного производства являются вскрышные породы и отвальные хвосты обогатительной фабрики. Скальные разновидности диабазового состава пород вскрыши используются для приготовления смесей для закладки выработанного пространства и для производства фракционированного строительного щебня. В схем учтены и возвратные рудные потоки, возникающие от кучного выщелачивания лежалых хвостов обогащения.

Исследования на медных месторождениях показали, что необходимо окомкование хвостов обогащения для получения необходимого режима фильтрации при кучном выщелачивании. Были разработаны два состава шихты для окомкования хвостов Бу-рибаевской и Учалинской обогатительных фабрик [1, 2]. Тем самым доказана возможность и эффективность кучного выщелачивания отходов мед-ноколчеданных руд.

Для доработки запасов ранее эксплуатируемого подземным способом месторождения (Гумешевское рудоуправление) институтом Унипромедь в 1954 г. было применено подземное выщелачивание. Оно оказалось достаточно успешным.

С 2004 г. ОАО Уралгидромедь (входит в состав Русской медной компании) на Гумешевском месторождении окисленных руд (г. По-левский) применяется технология подземного выщелачивания. В настоящее время опытный цех ОАО Уралгидромедь является единственным в России предприятием, применяющим технологию подземного выщелачивании рудного тела для добычи меди [3, 4].

Проведены опытно-промышленные работы подземного выщелачивания никеля из силикатных руд растворами серной кислоты в условиях Точильногорского месторождения с содержанием никеля в руде 0,5— 1,0% [5]. Новая сорбционная схема с выделением товарных солей по сравнению с традиционной, связанной с хлорированием и многоступенчатой очисткой осаждением и фильтрацией, технологически значительно проще и экономичнее. Она в 2—3 раза сокращает затраты на этот передел.

Ещё более усложняются организация и движение минерально-сырьевых потоков для горнометаллургического производства, где добавляется последующий, второй передел — металлургия, рис. 3. Семь подземных рудников по добыче медноникелевых сульфидных руд создают рудные потоки; нерудные потоки создают два подземных рудника, добывающие ангидрит и известняк, а также два карьера.

Рудники и карьеры, разрабатывающие нерудные месторождения, обеспечивают горный и металлургический переделы важнейшими технологическими материалами. Ангидрит входит в качестве основного вяжущего компонента в закладочные смеси. Известняк широко используется для

Прямые рудные потоки

Прямые нерудные потоки

Богатые Си-№ руды Р-ки Октябрьский, Таймырский, Скалистый

Вкрапленные руды Р-ки Заполярный, медвежий ручей

Богатовкрапленные и медистые руды Р-ки Маяк, Комсомольский, Скалистый, Октябрьский, Таймырский

Ангидрит р-ка Ангидрит

Известняк р-ка Известняков

Песчаники, известняки к-ра Скальный, раз-за Кайеркан + породы вскрыши

Шахтные воды Р-ки Маяк, Комсомольский, Скалистый, Октябрьский, Таймырский

Талнахская обогатительная фабрика

К

Мконцентрат

N

Норильская ' обогатительная „ фабрика

Пирротиновый-концентрат

Си концентрат.

Л

15% М концентрата

85% № концентрата

\

Возвратные рудные

ПОТОКИ

Шахтные воды: р-к Ангидрит - пульпопровод Но рильской ОФ; р-ки Известняков, Кайеркан - руч Капаргон, на рельеф; к-р Скальный - гидросегь

Обогащенный лежалый пирроти ровый концентрат

Си концентрат

Стройматериалы: цемент, известь, щебень

Надеждинский металлургический завод

П

I

'я 8

Никелевый завод

Медный завод

Технологические добавки: флюсовые пески, технологическая известь, нейтрализаторы

Закладка выработанного пространства

Файнштейн Медные аноды

Элементарная сера

Товарный № Товарный Со

Породные хвосты Талнахской ОФ

Гранулированный

шлак металлургических заводов

Товарные: Си, элементарная сера, серная

кислота. Концентраты драгметаллов; А», Бе, Те.

Возвратные техногенные потоки

Очистные сооружения шахтных вод

Талнахского промрайона Промплощадка р-ка Октябрьский

Техническая вода: „ Рудники, в т.ч. закладка; Талнахская ОФ

Рис. 3. Минерально-сырьевые потоки Заполярного филиала ОАО «ГМК «Норильский никель»

собственного производства цемента, применяемого и на строительных работах, а также для производства строительной и технологической извести и нейтрализации вредных выбросов Надеждинского металлургического завода.

Угольный разрез Кайеркан — пример комплексной разработки месторождения. Одновременно добывают уголь, флюсовые песчаники и бутовый камень. Флюсовые песчаники в качестве технологических добавок идут на удовлетворение потребностей обогатительно-металлургических переделов. Горелик (перегоревшие породы отвалов и терри-коников) используют в качестве минеральной вяжущей добавки к портландцементу и глинистого компонента при производстве клинкера.

Кроме того в схеме задействованы две обогатительные фабрики и три металлургических завода [7].

При новой селективно-коллективно-селективной схеме обогащения богатых и медистых руд на Талнах-ской обогатительной фабрике в голове технологического процесса выделяют относительно крупные хвосты обогащения. В их составе мало глинистых включений. Большой объём и удовлетворительный минералогический и гранулометрический состав позволяет использовать их в закладочных смесях состава «шлак-хвосты-цемент» в диапазоне прочности от 10 до 100 [8].

Часть выдаваемой из рудников воды направляется без очистки на поверхностные закладочные комплексы для производства закладочных смесей. Основная часть выдаваемой на поверхность воды после очистки в очистных сооружениях шахтных вод Талнахского промрай-она используется для технологических целей: в качестве технической

воды для рудников и оборотного водоснабжения обогатительной фабрики.

Считается, что в наибольшей степени комплексное освоение реализовано в атомной промышленности, рис. 5. [9, 10]. Суть комплексной горно-химической технологии для скальных урановых руд состоит в следующем: богатые по содержанию урана руды добываются в шахте и перерабатываются по полной схеме на ГМЗ; рядовые руды добываются в шахте и подвергаются кучному выщелачиванию на поверхности; бедные по содержанию урана руды отбиваются системой блокового магазинирования и подвергаются выщелачиванию в шахте. Для каждого направления технологии рассчитываются эксплуатационные кондиции.

На рудоконтрольных станциях рудников (РКС), расположенных в надшахтных зданиях, выделяют забалансовую руду и отвальные хвосты (до 25 % исходной руды). Выделенную на РКС забалансовую руду подвергают кучному выщелачиванию. На РОФ рентгенорадиометри-ческую сепарацию ведут по четырём классам крупности и выводят в хвосты до 36 % объёма исходной руды. В целом применяемые методы обогащения позволяют выделить из рудной массы 35—40 % (от исходной) хвостов и забалансовой руды, что значительно снижает затраты на ГМЗ.

Себестоимость продукции в горно-технологической системе в урановой промышленности снижена более чем вдвое. Эффект достигнут за счёт исключения и сокращения ряда дорогостоящих и трудоёмких операций, неизбежных при традиционном способе добычи. К ним относятся:

Прямые рудные потоки

Приза бойная рудосорти-ровка

Подземное выщелачивание урановых руд

РКС

Рудника (рудоконтро-

Рудная масса лирующая станция рудника)

Забалансовая

РУДа -^

Сорбции-

онная колонна

Смола на ГМЗ

Песчано-гравийная смесь

Прямые нерудные потоки

Кучное выщелачивание

забалансовых руд *

Хвосты кучного выщелачивания

Вскрышные грунты уголь ного разреза Уртуйский

Порода от проходки выработок

Шахтные воды

Закладка выработанного пространства

Установка многоступенчатой очистки на ГМЗ

Товарная РУДа

АРКС Автомобильная рудоконтролирук щая станция

Готовая

Богатые ГМЗ урановая

РУДЫ \ продукция

Забалансовая РУДа

ПК

Порода

Продуктивные растворы

Сухая зола местной ТЭЦ

На ГМЗ

Хвосты Гидрометаллургического передела

Шламы и пески

Концентрат

РОФ Радиометрическая ОФ

Золошлаковые отходы энергетики Читинской области

Хвосты ГМЗ и кучного выщелачивания

Возвратные техногенные потоки

1/

Машинные классы (+40 мм) для РОФ

Руда класса -40 +5 мм

X

Технологические переделы ГМЗ

Дробление

до класса -10 +5мм +

Кучное выщелачивание

£

Хвостохранилшце

Продуктивные растворы

Обезвоженный осадок

на ГМЗ

Рис. 4. Принципиальная схема комплексной горно-химической технологии добычи урановых руд

*

Смола

на ГМЗ

Хвосты кучного выщелачивания

Сорбционная колонна

исключение затрат на подземный транспорт и подъём на поверхность до 85 % руды, транспорт её по поверхности от рудника до гидрометаллургического завода; дробление и измельчение руды на заводе; транспорт и складирование отходов переработки [11].

Технология комбинированной разработки с использованием подземного и кучного выщелачивания перспективна для многих месторождений скальных руд, которые по технико-экономическим условиям или ввиду отдалённости от промышленных центров считаются пока нерентабельными.

Под полным циклом комплексного освоения рудных месторождений понимается извлечение запасов из недр, их переработка — извлечение ценных компонентов, получение дополнительной продукции из части отходов и дальнейшая утилизация большего их количества в выработанном пространстве, а также в смежных отраслях промышленности.

Создаваемые в процессе освоения месторождения минерально-сырьевые потоки могут быть систематизированы с использованием следующих разделительных признаков: класс выделяется по типу перемещаемого материала и направления движения потока; для разделения на группы применяется агрегатное состояние материала потока; виды различают по разновидности материала потока; назначение определяется по направлению дальнейшего использования потока.

Построенная на этой основе систематизация минерально-сырьевых потоков в полном цикле комплексного освоения месторождения приведена в работе [12]. Технологическая

схема освоения месторождения представляет собой динамическую и адаптивную систему взаимодействия со сложной вероятностной геологической средой. Систематизация облегчает конструирование возникающих при освоении месторождения минерально-сырьевых потоков, позволяет прогнозировать их элементы, рациональные пути и средства перемещения с учётом перспектив развития предприятия. Она может быть использована для регулирования процессов добычи, для определения возможности совмещения физико-технической и физико-химической технологий, для выбора схем механизации горных работ и перемещения материалов природных и техногенных потоков и т.п.

Выводы

В настоящее время стремятся с наибольшей полнотой использовать имеющиеся возможности запасов месторождения. В частности, для руд цветных металлов изучаются возможности использования кучного выщелачивания хвостов обогащения (Бурибаевское и Учалинское месторождения) и подземного выщелачивания через скважины с поверхности (Гумешевское) для доизв-лечения основных (титульных) компонентов и дополнительного извлечения попутных (редких и рассеянных) элементов. В качестве выщелачивающего элемента используются шахтные воды.

Просматривается тенденция очистки карьерных и шахтных вод на объединенных, мощных сооружениях с получением технической воды для рудников и оборотного водоснабжения обогатительных фабрик и сброс избытков (но уже очищенной воды) в гидрографическую сеть.

Ведётся одновременная разработка или попутная добыча нерудных полезных ископаемых (туфоаргилли-тов, алевролитов (глинистых сланцев), флюсовых песчаников, бутового камня, песчано-гравийной смеси, песка и др.) как для собственных нужд (производство цемента, извести, технологических добавок), так и для реализации в виде строительных материалов,

технологических добавок, изделий камнерезных производств и художественной обработки камня.

Актуален поиск новых путей дополнительной переработки и применения отходов нерудных полезных ископаемых для повышения рентабельности производства (в частности, утилизация и сбыт отсева — мелкой фракции известняков (-10 мм).

1. Опытно-промышленная апробация технологии выщелачивания отходов переработки медно-колчеданных руд. Авт.: Рыльнико-ва М.В., Радченко Д.Н., Илимбетов А.Ф., Звягинцев А.Н., ГИАБ, 2008, № 2, с. 293—301.

2. Красавин В.П., Радченко Д.Н., Мил-кин Д. А. и др. Исследование технологии выщелачивания отходов добычи руд. Недропользование XXI век, 2009, № 3 с. 38—41.

3. Гумешевское месторождение как объект отработки способом подземного выщелачивания. Авт.: Заболоцкий А.И., Кравцов В.А., Савеня Н.В., Агалаков И.П. В кн. «Подземное и кучное выщелачивание урана, золота и других металлов». М.: Руда и металлы, Т. 2, Золото, с. 265—273.

4. Предварительные результаты отработки опытно-промышленных блоков на Гумешевском месторождении. Авт.: Заболоцкий А.И.,Ситникова Т.И., Ященко И.Э., Заболоцкий К.А.. Горная промышленность, № 5(81), 2008, с.17—21.

6. Свиблов В.В., Гуминский В.И., Гуров В.А. и др. Опытные работы по подземному выщелачиванию никеля из силикатных

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

руд. Недропользование XXI век, 2009, № 2, с. 68—73.

7. Опарин В.Н., Тапсиев А.П., Богданов М.И. и др. Современное состояние, проблемы и стратегия развития горного производства на рудниках Норильска. Новосибирск, Изд-во СО РАН, 2008, 372 с.

8. Хубулов О.Ю. Совершенствование технологии производства закладочных работ на рудниках ЗФ ОАО «ГМК Норильский никель». Горн. журн. 2010, № 6, с. 82—84.

9. 40 лет. Приаргунскому производственному горно-химическому объединению — лидеру уранодобывающей отрасли России. Горн. журн. 2008, № 8, с. 6—81.

10. Приаргунское Производственное горно-химическое Объединение: 40 лет трудовых будней. Горная промышленность, 2009, № 4(86), с. 6—8.

11. Кротков В.В. Состояние и пути развития атомной промышленности России. Горн. журн. 2003, № 10, с. 52—54.

12. Каплунов Д.Р., Юков В.А. Систематизация минерально-сырьевых потоков в полном цикле комплексного освоения месторождения. ГИАБ, 2010, № 10, с. 19—27. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Юков Владимир Александрович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт проблем комплексного освоения недр РАН, info@ipkonran.ru