Разработка инновационных технологий добычи и обогащения алмазов в ак "АЛРОСА"

ЭКО. - 2012. - №12

НИКИТИН Г.М., ЧААДАЕВ АС., СОБОЛЕВ И.В.

В статье специалистов и руководителей АК «АЛРОСА» показано, что алмазодобывающая компания находится в мейнстриме повышения технологической, производственной и экономической эффективности. Одним из направлений является внедрение в технологическую цепочку инновационных способов и оборудования, позволяющих своевременно (до дробления) «распознавать» нахождение в породе крупных алмазов, а также безошибочно различать их местонахождение.

Ключевые слова: инновационные технологии, добыча, алмазы, обогащение

Г.М. НИКИТИН, заместитель директора по инновациям. E-mail: NikitinGM@alrosa.ru А.С. ЧААДАЕВ, кандидат экономических наук, вице-президент по инновациям, директор института «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА», И.В. СОБОЛЕВ, первый вице-президент - исполнительный директор АК «АЛРОСА», Мирный

Центр инноваций института «Якутнипроалмаз» создан АК «АЛРОСА» (ОАО) в 2011 г. Российская алмазодобывающая компания «АЛРОСА» - крупное предприятие с государственным участием, мировой лидер по добыче алмазов, не может оставаться в стороне от инновационных процессов. Компанией разработана и защищена в Минэкономразвития России Программа инновационного развития и технологической модернизации, утвержденная Наблюдательным советом компании на период до 2018 г.

«Якутнипроалмаз» назывался ранее производственно-научное объединение «Якуталмаз»; наука в нем всегда была тесно связана с производством, а такие программы являлись составной частью развития алмазодобывающей компании. Особенно актуально это стало сейчас, так как с переходом на подземные способы добычи алмазов возрастают затраты, и требуются кардинальные меры по сохранению эффективности производства.

Разработка инновационных

технологи]

и обогащения алмазов в АК «АЛРОСА»

Работа Центра инноваций направлена на организацию и координацию инновационной деятельности, повышение эффективности алмазодобычи предприятий АК «АЛРОСА» за счет внедрения новых эффективных технологий освоения месторождений, обогащения руды и песков с низким содержанием полезного компонента, техногенных месторождений, а также месторождений, удаленных от производственной инфраструктуры. Основное внимание уделяется разработке технологий обогащения руды и повышению сохранности продукции.

В настоящее время АК «АЛРОСА» заключены соглашения о научно-техническом сотрудничестве с Якутским научным центром СО РАН, с МГТУ им. Баумана (Москва), Московским государственным горным университетом, Институтом земной коры СО РАН, с технопарком Академгородка, Институтом геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, в целом с Сибирским отделением РАН.

В рамках стратегической программы исследований и разработок технологической платформы «Твердые полезные ископаемые», членом которой является АК «АЛРОСА», разработан план формирования программы технологического развития алмазодобывающей отрасли, одобренный статс-секретарем - заместителем министра экономического развития О.В. Фомичевым.

Центр инноваций проводит исследования по нескольким проектам создания потенциально прорывных технологий. Представляем три наиболее знаковые из них.

Технология обнаружения крупных алмазов в породе

Один из проектов направлен на создание опытного образца детектора для обнаружения крупных алмазов с помощью технологии быстрых меченых нейтронов.

Проблема заключается в том, что промышленная добыча алмазов основана на дезинтеграции пород до полного или частичного высвобождения алмаза с последующим его извлечением на рентгенолюминесцентных сепараторах или тяже-лосредной установке и доводкой на сепараторах. Основной недостаток этой цепочки - в процессе дробления и перемалывания породы частично разрушаются наиболее крупные алмазы, весом от 10 каратов и выше.

Для решения этой задачи подходит технология быстрых меченых нейтронов (БМН), которая состоит в облучении объекта досмотра быстрыми нейтронами с энергией 14 МэВ. Под их действием кимберлит начинает излучать гамма-кванты с энергиями 1-10 МэВ. Это «свечение» индивидуально для каждого элемента, и по характеру спектра гамма-квантов можно определить элементный состав вещества, в частности, найти избыток углерода, из которого и состоит алмаз, в куске породы.

Важное преимущество метода состоит в том, что можно определить трехмерное положение искомого вещества. То есть, не только сказать, что в куске породы есть крупный алмаз, но и в каком месте он расположен!

В Центре инноваций института «Якутнипроалмаз» проведены экспериментальные работы по обнаружению алмазов (имитаторов из графита или алмазного порошка) в кимберлите и сопутствующих породах в Объединенном институте ядерных исследований (Дубна) методом быстрых меченых нейтронов. Получены первые положительные результаты. Важно, что в спектре углерода практически отсутствуют гамма-кванты с энергиями больше 5 МэВ. Это очень упрощает задачу распознавания веществ, состоящих из углерода, таких как алмаз.

Были сделаны предварительные измерения спектра кимберлита. Образец кимберлита размещался в пучках меченых нейтронов установки «Дейтерий», созданной командой проекта. Объект облучался 64 пучками меченых нейтронов, гамма-кванты регистрировались шестью гамма-детекторами, расположенными в одном корпусе с нейтронным источником. То есть, хотя установка не была оптимизирована под поиск малых количеств вещества, на ней можно было проверить основные характеристики процесса.

Цель проводимой работы - выявление физических границ метода быстрых меченых нейтронов для обнаружения алмаза в куске кимберлита. При этом решались следующие задачи. Первое - определение разрешающей способности метода по крупности обнаруживаемого алмаза (минимальный его размер). Второе - при каком максимальном размере куска породы сохраняется высокая достоверность обнаружения алмаза

минимальных размеров. Третье - вероятность безошибочного различения алмаза при различном содержании и распределении в куске породы карбонатов и углеродсодержащих веществ. Четвертое - определение производительности установки (т/ч) при использовании узлов, оптимизированных под задачу извлечения алмазов.

В рамках данного проекта планируется создать опытный образец установки, которая могла бы выявлять крупные алмазы непосредственно в кусках породы без их разрушения, до стадии дробления, что позволит повысить экономическую эффективность алмазодобывающих предприятий.

Технология оценки качества получаемых алмазов

В конце марта 2012 г. группа специалистов «Якутнипро-алмаза» посетила немецкую компанию Aliud GmbH и отделение института Fraunhofer EZRT в Фюрте по разработке аппаратно-программного комплекса для распознавания всех форм кристаллов алмаза, находящегося внутри куска кимберлита, движущегося по транспортному устройству, с помощью методов рентгеновской абсорбции.

Результаты использования метода демонстрируют возможность обнаружения алмазов в зависимости от их крупности и крупности вмещающих их пород при квантовой эффективности детектора обнаружения, равной 0,25.

Подписан рабочий протокол о создании прототипа сепаратора с программным обеспечением, разрабатываемым немецкой стороной. Проведены технические переговоры с представителями института Фраунгофера по вопросам разработки конструкторской документации, отдельных узлов и блоков для создания оборудования рентгенографической сепарации алмазов и сортировки конечной продукции с помощью методов рентгеновской абсорбции.

Специалистами института Фраунгофера была проведена презентация систем рентгеновской томографии (модульный томограф CT-System и серийный переносной томограф CT-Portable) и представлены результаты исследований по определению качества алмазов. Преимущество этой аппаратуры в том, что она создает трехмерную модель алмаза, описывающую как его внешнюю форму, так и внутреннюю структуру, с очень высоким разрешением.

Исследования проводились с использованием рентгеновского излучения с двумя энергиями: 30/100 на СТ^уз!етз и 30/50 - на аппарате СТ-РоЛаЫе. Для достижения разрешающей способности 10 мкм время одного измерения составляло 20 минут. За это время с указанной разрешающей способностью можно произвести оценку каждого отдельного объекта диаметром около 2 см. Площадь камеры позволяет расположить в зоне распознавания 15-20 таких кристаллов, тогда время оценки одного кристалла составит около 60 секунд. Количество одновременно оцениваемых кристаллов размером около 1 мм может быть увеличено до 100, при этом время оценки одного кристалла составит порядка 10 секунд.

Эти результаты указывают на возможность автоматизации процесса сортировки конечной продукции в Центре сортировки алмазов (ЦСА) и Единой сбытовой организации (ЕСО) АК «АЛРОСА». СТ-системы могут использоваться для автоматизированной оценки уровня дефектов, классификации и сортировки алмазов по качеству, разметки кристаллов при огранке. Но имеющийся в настоящее время серийный переносной прибор СТ-РойаЫе, к сожалению, не содержит транспортной схемы и предназначен для оценки отдельных объектов. Для автоматической оценки алмазов в поточном режиме необходимо разработать соответствующие требованиям АК «АЛРОСА» транспортную схему и программное обеспечение томографа, что в свою очередь потребует проведения совместных НИР.

Использование технических алмазов в промышленности

В настоящее время Санкт-Петербургским представительством АК «АЛРОСА» совместно с компанией «Вымпел-Диамант» подготовлены предложения по использованию технических алмазов в электронной промышленности и производстве алмазов с нанопокрытием с применением запатентованных и апробированных технологий получения композитных покрытий и высокотеплопроводных материалов на основе природных и синтетических алмазов. Такие разработки позволяют выпускать новый класс продукции - инструменты для высокой агрессивной шлифовки, а также наноструктуриро-ванные алмазные композиционные материалы с коэффициентом теплопроводности вдвое выше, чем у меди.

Предлагаемое производство будет включать два направления деятельности:

1) производство алмазных порошков, модифицированных функциональными нанопокрытиями для создания высококачественных инструментов с повышенной износостойкостью и производительностью;

2) производство нового композиционного материала, обладающего ультравысокой теплопроводностью, основой которого является алмазная структура из промышленного порошка со специальным нанопокрытием, связанная в композит с металлической матрицей.

В заключение отметим, что в мае 2012 г. делегация АК «АЛРОСА» совершила рабочий визит в Сибирское отделение РАН. При посещении Конструкторско-технологического института научного приборостроения СО РАН обсуждались следующие вопросы: разработка автомата для сортировки алмазов в ЕСО АК «АЛРОСА» и систем автоматического контроля аналитических сит для ЦСА и ЕСО, а также износостойких систем индикаторного контроля алмазов.

В Институте ядерной физики СО РАН рассматривались вопросы по облучению кимберлита в целях снижения прочностных свойств при разрушении (дроблении), возобновлению работ по рентгеновской томографии и другим методам обнаружения алмаза в куске кимберлита.

В Институте геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН обсуждались проблемы добычи импактных алмазов, в Институте автоматики и электрометрии - вопросы винтовой вибросепарации и валковой сепарации, а также применения программного комплекса БЕМ^1ти1айоп для моделирования процессов обогащения в мельницах самоизмельчения, в Институте горного дела - отработка месторождений алмазов подземным способом.

Инновационная деятельность в АК «АЛРОСА» проводится по многим направлениям. Хотелось бы надеяться, что ее результаты не замедлят сказаться на производственной и экономической эффективности работы алмазодобывающей компании.