К методике учёта состава создаваемых минерально-сырьевых потоков

© В.А. Юков, 2012

УДК 622.2.002 В.А. Юков

К МЕТОДИКЕ УЧЁТА СОСТАВА СОЗДАВАЕМЫХ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВЫХ ПОТОКОВ *

Рассмотрено движение минерально-сырьевых потоков на горном предприятии. Представлена принципиальная схема формирования производительности предприятия на основе комбинированных потоков минерального сырья. Приведены некоторые результаты расчётов по отдельным стоимостным моделям влияния количества и качества добываемого сырья на показатели работы предприятия. Ключевые слова: минерально-сырьевые потоки; прямые рудные, возвратные рудные, возвратные техногенные, твёрдые, жидкие, пульпообразные; расчёт количества металла.

Считается, что основной задачей горнодобывающего предприятия является обеспечение соответствующих качественных характеристик товарной продукции технологическим требованиям предприятий перерабатывающего комплекса.

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. Направление движения потоков рассматривается относительно производственного процесса. Так возникают возвратные потоки (ранее заскладиро-ванных пород, забалансовых руд, хвостов) сырья, возвращаемые в процесс отработки месторождения.

Общая последовательность определения рациональной схемы освоения месторождения представлена на рис. 1. Вначале, как обычно, рассматриваются и анализируются горно-геологические условия, предопределяющие способ,

систему разработки и метод переработки рудного сырья. Оценивается возможность применения вариантов подземной выемки: валовой и селективной с переработкой в едином и раздельном циклах обогащения. Так, на Орловском месторождении четыре природных типов руд сведены к двум технологическим [1], в Норильске три типа руд добываются и перерабатываются отдельно [2], на уральских карьерах по добыче силикатных никель-кобальтовых руд для выравнивания соотношения не только по основным компонентам, но и по содержанию шлакообразующих( которые влияют на процесс плавки) применяют резервные склады [3]..

При значительных колебаниях качества рудной массы, когда выдержать нужное соотношение руд, поступающих из блоков, не удаётся, выгодней разделять рудную массу на сорта и соответственно транспортировать и перерабатывать их раздельно. Решения об этом принимается в проекте горного предприятия. Реализуется в процессе подготовки запасов к выемке, а обеспечивается при добыче руды путём

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 1205-374-5а. 346

сортировки рудной массы различными методами. Методы сортировки руды на технологические сорта не исключают возможности усреднения качества руды в пределах каждого сорта и отбраковки породы и некондиционной руды при добыче.

Практика обогащения руд, а также результаты исследовательских и опытных работ показывают, что в среднем допустимые отклонения качества руды от заданного уровня составляют по содержанию металлов ±(5^10)% для железных руд и ±10^15 % для руд цветных металлов; по содержанию определённых минеральных форм ±5^10 %; по крупности вкрапленности, измель-чаемости и другим физическим свойствам ±10 %.[3].

При разработке месторождения после извлечения руды остаются заскла-дированные вскрышные породы, бедные руды, разубоженные руды, запасы в целиках от подземных работ и другие технологические потери. Однако эти «запасы» могут быть вовлечены в эффективную разработку. Для бедных и разубоженных руд рассматривается возможность применения предконцен-трации, позволяющей вовлечь в переработку и ранее складированные отвальные руды. Практика показывает , что при необходимости переработки больших объёмов (до нескольких млн. т/год) целесообразно использование комбинированной схемы, включающей крупнопорционную сортировку (КПС) исходной руды и покусковую сепарацию (ПС). Производительность установок крупнокусковой сортировки очень высокая (до сотен тонн в час), стоимость сортировки не более 2—3 руб/т руды [4].

Для повышения полноты извлечения запасов из недр перспективно выщелачивание, позволяющее вовлечь в промышленную эксплуатацию запасы некондиционных руд различного вещест-

венного состава и получить дополнительную продукцию в виде товарных концентратов, металлов и их соединений. Для некондиционных руд рассматривается возможность подземного выщелачивания. Проводится технико-экономическая оценка эффективности реализации одного из видов выщелачивания.

При превышении извлекаемой ценности над затратами выбирается способ переработки продуктивных растворов выщелачивания. Если извлекаемая ценность ниже затрат на её реализацию, то выбирается способ утилизации отходов в другой области, чаще в закладке или промышленном строительстве

При строительстве карьеров гидромеханизация даёт резкое сокращение объемов горно-капитальных выработок и сроков строительства карьеров. Значительно снижение стоимости обогащения при совмещении его с процессами гидродобычи и гидротранспортирования [5]. Вскрышные работы гидро-мониторно-землесосным способом производят на угольных карьерах Урала, Кузбасса, Красноярского края, Восточной Сибири, Приморского края, на рудных карьерах Курской магнитной аномалии, на карьерах химического сырья и на россыпных месторождениях Сибири и Магаданской области.

Богатые руды КМА целесообразно отрабатывать скважинной гидродобычей (СГД), что обеспечивает низкую материалоёмкость, ускорение сроков окупаемости капитальных вложений, строительства и ввода в эксплуатацию предприятий, улучшение качества добываемой руды, снижение вредного воздействия на окружающую среду, ресурсосбережение при безотходном процессе добычи, повышение безопасности горных работ [6].

Анализ решений по использованию таких потоков показал, что большинст-

во отходов горно-обогатительного производства следует рассматривать в качестве дополнительного источника, повышающего эффективность освоения месторождения.

Для расчета количества подаваемого металла ниже рассматриваются только потоки, несущие металл.

Прямые рудные потоки - это руда, рудная пульпа и продуктивные растворы. По агрегатному состоянию материалы прямых рудных потоков подразделяются на твёрдые, жидкие и пульпообразные. Количество металла, подаваемого прямыми твёрдыми руд-

л ПР

ными потоками Лг

АП'Р = Р а

! В Б

Ра

С С

Р а + РА аЛ

сор сор б б

Рв - объём рудной массы валовой выемки, т/год; ав - содержание полезного компонента в руде валовой выемки, %; Р - объём рудной массы селективной выемки, т/год; ас — содержание полезного компонента в руде селективной выемки, %; Р ор - объём руды после

сортировки, т/год; а ор — содержание

полезного компонента в руде после сортировки, %; Р б - объём руды от добычи бурением скважин большого диаметра, т/год; аб - содержание в руде, добытой бурением скважин большого диаметра, %.

Твёрдые прямые рудные потоки направляются на обогащение.

При расчётах по количеству получаемого металла должны быть учтены: ео — извлечение полезного компонента при обогащении, % и ем - извлечение полезного компонента при металлургическом переделе, %.

Если технологические типы руд добываются и перерабатываются по отдельности, тогда

Рса с = Т 1а1 + Т 2 а2 + Т 3а3 + ...

Тх — объём рудной массы первого технологического типа, т/год; а1 —

содержание полезного компонента в руде первого технологического типа, %; Т2 — объём рудной массы второго технологического типа, т/год; а2 —

содержание полезного компонента в руде второго технологического типа, %; Т3 - объём рудной массы третьего технологического типа, т/год; а3 - содержание полезного компонента в руде третьего технологического типа, %;

При оценке целесообразности повышения качества рудной массы рент-генорадиометрической сепарацией учитывается распределение качественных характеристик руд месторождения. Определяются выход и содержание металла в предконцентрате и отходах сепарации.

Количество металла, подаваемое жидкими прямыми рудными потоками

аП

ПР %

аП = с р + о в + о в + о в

Ж ^ скг ск ^ ЗГ з ^ ПВГ пв ^ псвг

псв> псв

0ск - объём продуктивных растворов скважинного выщелачивания с поверхности, л/год; в ск — содержание полезного компонента в продуктивных растворах скважинного выщелачивания с поверхности, мг/л; - объём продуктивных растворов скважинного выщелачивания законтурных руд, л/год; в з — содержание полезного компонента в продуктивных растворах сква-жинного выщелачивания законтурных руд, мг/л; 0пв — объём продуктивных растворов подземного (блокового) выщелачивания, л/год; в пв — содержание полезного компонента в продуктивных растворах подземного (блокового) выщелачивания, мг/л; 0псв — объём

Рис. 2. Принципиальная схема формирования производительности предприятия на основе комбинированных потоков минерального сырья

продуктивных растворов подземного скважинного выщелачивания, л/год; в псв — содержание полезного компонента в продуктивных растворах подземного скважинного выщелачивания, мг/л.

Жидкие прямые рудные потоки направляются на гидрометаллургический передел. Технические и экономические показатели физико-химической геотехнологии определяются на основе опытно-промышленных испытаний, где устанавливаются объёмы продуктивных растворов с 1 т выщелачиваемого сырья, дм3/т, и содержание в них растворённого металла, мг/дм3, в зависимости от содержания металла в выщелачиваемом массиве, %.

Количество металла, подаваемое пульпообразными прямыми рудными потоками А™ :

А"р - Р

Апу - Рг,

+Р у + Р

гр I гр 0

+ Р У +

гдп ! глп

-У 0

где Ргд - объём руды скважинной гидродобычи с поверхности, т/год; у г —

содержание полезного компонента в руде скважинной гидродобычи с поверхности, %; Ргш - объём руды

подземной скважин-ной гидродобычи, т/год; у гш — содержание полезного компонента в руде подземной скважинной гидродобычи, %; Ргр

- объём руды гидроразработки (гидромонитором, земснарядом), т/год; у рр — содержание полезного компонента в руде гидроразработки, %; Р шг — объём руды шахтной гидродобычи, т/год; у шг — содержание полезного компонента в руде шахтной гидродобычи, %.

Пульпообразные прямые рудные потоки направляются на обогащение. При высоком содержании металла - на металлургический передел.

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 рудные потоки подразделяются на твёрдые и жидкие. Количество металла, подаваемого твёрдыми возвратными рудными потоками А?Р :

АГ - За + Х„а + Паг

где 3 - объём ранее забалансовой руды карьера или рудника после переоценки, т/год; а з — содержание полезного компонента в ранее забалансовой руде, %; Хв - объём ранее хвостов обогащения карьера или рудника после переоценки, т/год; ахв - содержание полезного компонента в ранее забалансовых хвостах обогащения, %; П -объём ранее породы карьера или рудника после переоценки, т/год; ап — содержание полезного компонента в ранее породе, %.

Карьерные, рудничные, подотваль-ные 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 доизвлечения металлов.

Количество металла, подаваемого жидкими возвратными рудными по-

л ИР

токами АП :

ИР

АИР = О в + О в + О в

Ж ^ кг к ^ ШГ ш пв г п

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.

Количество металла, подаваемого возвратными техногенными потоками АИТ :

АИТ = Оокаок + 3ар + Хрс-а +

+Ш а

где О к - объём карьерной воды, л/год; в к — содержание полезного компонента в карьерной воде, мг/л; -объём шахтной воды, л/год; вш — содержание полезного компонента в шахтной воде, мг/л; Опв - объём по-дотвальных вод карьера или рудника, л/год; в пв — содержание полезного компонента в подотвальной воде, мг/л;

Возвратные техногенные потоки - некондиционные (по содержанию

где Оок - объём окатышей хвостов обогащения для выщелачивания на поверхности или в карьере, т/год; аок — содержание полезного компонента в окатышах хвостов обогаще-ния,%; 3 р - объём забалансовой руды карьера или рудника на кучное выщелачивание, т/год; азр — содержание полезного компонента в забалансовой руде,%; Хрс - объём хвостов рудосортировки для выщелачивания на поверхности или в карьере, т/год; арс — содержание полезного

компонента в хвостах рудосортиров-ки, %; ШЛ - объём шламов очистки карьерных, шахтных и подотвальных вод, т/год; аиш — содержание полезного компонента в шламах очистки карьерных, шахтных и подотваль-ных вод, %.

Многообразные сочетания разных процессов добычи приводят к образованию различных минерально-сырьевых потоков. Принципиальная схема формирования производительности предприятия на основе комбинированных потоков минерального сырья представлена на рис. 2.

Вначале при планировании горных работ стремятся обеспечить среднее регламентированное содержание металла по периодам: год, квартал, месяц. Определяются рудные залежи или тела, блоки и вынимаемые объёмы при определённых технических и технологических средствах ведения горных работ. При планировании горных работ в процессе подготовки запасов к выемке по данным эксплуатационной разведки с участием геологической и маркшейдерской служб карьера или рудника определяются необходимые пропорции добычи рудной массы из различных блоков, камер и забоев. На этом этапе также определяются соответственно способы управления качеством рудного потока. В ряде случаев этого недостаточно для стабилизации качества руды. Поэтому для соблюдения заданных пропорций соотношения руд, поступающих с разных участков, прибегают к оперативной корректировке. Далее при оперативном планировании и управлении добычными работами стремятся минимизировать отклонение текущих показателей от средней регламентированной величины. Для повышения концентрации металлов в рудной массе разделения её по сортам используют предконцен-трацию и рудосортировку. И, наконец, внутренняя однородность рудной массы достигается в усредняющих средствах в горных выработках или на поверхности рудника.

1 — прямые рудные потоки: АПР = А"Р + АПР + А™ ; 2 - возвратные рудные потоки: АИР = АИР + АП; 3 - потоки из техногенных образований: АИТ = О+ 3+ Х + Ш ; 4 -

к р рс ё '

общий поток минерального сырья: 4=1+2+3 ЕА = АПР + АИР + АИТ .

Общий поток рудника, а затем и предприятия, складывается из названных составляющих. Они могут входить в него в непостоянных, изменяющихся в течение года пропорциях. Основными параметрами, характеризующими горнодобывающую систему, являются годовая производительность по руде и содержание в ней полезных компонентов. Иными словами количество металла, поставляемое за год, которое не является строго постоянным и которое может изменяться внутри периода. Оно подвержено определённым колебаниям. Эти колебания должны быть отслежены по годовому плану развития горных работ, где прописывается последовательность вовлечения в разработку рудных залежей и выемочных единиц в них. При уточнении добычи руд по отрабатываемым блокам или забоям приходится снижать их производительность, что сокращает общий объём добычи. Но это необходимо в интересах более полного и комплексного использования недр. Для компенсации снижения производительности отдельных блоков или забоев в планах развития горных работ предусматриваются соответствующие резервные мощности. Мониторинг плана горных работ необходим для упреждающего оповещения перерабатывающего цеха о количественных, а главное качественных изменениях, составляющих общего минерального потока. Заблаговременное предупреждение позволяет своевременно внести коррективы в технологический процесс обогащения и избежать как повышенных потерь металла в хвостах при «богатой» руде, так и перерасхода реагентов при «бедной» руде.

Разные варианты схем освоения месторождения в качестве исходных данных вводятся в геотехнологическую модель для исследования показа-

телей функционирования предприятия в зависимости от выбранного варианта в изменяющихся горно-геологических и экономических условий. Такая модель позволяет просчитать последствия для предприятия изменения величины многих факторов от неподтверждения геологических данных по количеству и качеству минерального сырья до учёта неблагоприятных изменений конъюнктуры рынка.

Выполненные расчёты по отдельным стоимостным моделям [7] показали такие результаты:

• увеличение годовой производительности предприятия при возрастающих капвложениях в его расширение и сохранении содержания металла благоприятно сказывается на результатах его деятельности и, наоборот, снижение годовой производительности при уже сделанных инве-

1. Технологические типы руд Орловского месторождении. Авт.: Шатобин A.A., Са-паргалиев Е.М., Месячникова В. А., Ганина В.А. В сб.»Интенсификация горных работ в цветной металлургии». - Усть-Каменогорск, Изд-во ВНИИцветмет, 1989. - С.47-52.

2. Добыча медно-никелевых руд и развитие сырьевой базы ОАО «Норильская горная компания». Авт.: Пивень Г.Ф., Коновалов А.П., Валетов А.В., Макаров Б.П. Горн. журн. 2000, № 6 - С. 101-103.

3. Снурников А.П. Комплексное использование минеральных ресурсов в цветной металлургии. М.: Металлургия, 1986, 384 с.

4. Татарников А.П., Ассонова Н.И., Ба-лакина И. Г. и др. Радиометрическая сепа-

стициях возможно в пределах 10-12(15)%, дальнейшее снижение вызывает негативные последствия;

• при постоянной годовой производительности величина изменения содержания в добытой руде связана с дополнительными капзатратами зависимостью примерно 1:3. Положительный эффект создаёт 10 % повышение капзатрат при 30 % росте содержания. Снижение содержания при постоянной производительности, произведённых капзатратах и возрастающих эксплуатационных расходах приводит к растягиванию сроков отработки месторождения и снижению вероятности получения намеченных результатов;

• изменение биржевой цены металла сказывается на конечном результате сильнее, чем рост или снижение содержания.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

рация руд цветных и редких металлов. В.сб. Прогрессивные технологии комплексной переработки минерального сырья. - М.: Изд-во «Руда и Металлы», 2008. - С.62-69.

5. Ялтанец И.М. Гидравлические и подводные горные работы. Кн. 1. Разработка пород гидромониторами и землесосными снарядами. - М.: Изд-во «Горная книга», 2006. - 546 с.

6. Аллилуев Б.Н. Скважинная гидродобыча богатых железных руд КМА. - Белгород: ИП Остащенко А.А. 2010. - 225 с.

7. Каплунов Д.Р., Юков Б.А. Предварительная щценка допустимой величины колебаний основных показателей работы рудника. ГИАБ, 2011, № 9 - С. 12 ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

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