Краткий анализ систем рудоподготовки и перспективы использования технологии на основе аппаратов АДР

Э.Б. Комаровский, главный конструктор и генеральный директор НПК « ДАУКОМ», Санкт-Петербург

А.В. Иванов, главный инженер Приморской золоторудной компании, Владивосток

Краткий анализ систем рудоподготовки и перспективы использования технологии на основе аппаратов АДР

Известно, что экономика и мощь институтов государства напрямую зависят от состояния его промышленного потенциала, имеющего в своей основе добывающую и перерабатывающую группы промышленности. В числе последней главная роль принадлежит горнодобывающей и горноперерабатывающей отраслям, от степени состояния и развития которых в той или иной мере зависят все остальные промышленные структуры. Сырьевая база отечественной промышленности отличается от зарубежной более низким качеством относимых к категории так называемых труднообогатимых руд сложного вещественного состава, характеризующихся низким содержанием ценных компонентов, тонкой вкрапленностью и близкими технологическими свойствами составляющих минералов. Их обогащение по принятой технологии – малоэффективно.

Большая часть рудных месторождений России, учтенных государственным балансом, представлена рядовыми и бедными рудами. В ряде случаев рудами труднообогатимыми, залегающими на больших глубинах в весьма сложных для освоения горно-геологических условиях и на значительных расстояниях от развитых инфраструктур.

Кондиции на добываемое минеральное сырье занижены в 2–3 раза, – в категорию забалансовых в ближайшее время могут перейти от 30 до 70 % оцененных рудных месторождений, так как их освоение с применением традиционных технологий – малорентабельно или заведомо убыточно. Анализ мировых цен на готовую продукцию показал, что в категорию забалансовых могут также перейти 34 % свинцовых, 49 % оловянных, 34 % магнетитовых, от 15 до 30 % титановых, медных, вольфрамовых и апатитовых руд.

На многих рудниках остается в эксплуатации морально устаревшее и физически изношенное горно-шахтное и обогатительное оборудование, которое отличается недостаточной производительностью, высокими уровнями металло и энергоемкости, низким качеством и малой износостойкостью, требующими больших трудозатрат на поддержание его в рабочей готовности.

Автоматизация технологических процессов обогащенияслабо развита и уступает в этом отношении экономически развитым странам. При измельчении руды в мельницах используются сменные детали (брони, шары, стержни, футеровки), изготовленные из малоизносостойких сталей, что отрицательно сказывается на показателях измельчения.

Проводимая в отдельных случаях модернизация применяемого оборудования не вносит какого-либо значимого перелома в сложившуюся систему рудоподготовки и обогатительного передела ГОКов.

Для горной промышленности в целом характерно ухудшение технико-экономических и технологических показателей процесса разработки рудных месторождений полезных ископаемых.

По данным многих источников, динамика изменения качества добываемых руд цветных, черных и благородных металлов и других твердых полезных ископаемых показывает, что содержание в них полезных компонентов значительно снизилось за последние 30–40 лет, и для удовлетворения потребности экономики в этих металлах объемы добычи и переработки руд должны возрасти как минимум в 4–5 раз. Диспропорция между приростом объемов переработки руд и планируемым приростом товарной продукции составит многие миллиарды тонн.

Перечисленные проблемы приводят к увеличению капитальных, эксплуатационных и энергетических затрат, связанных как с технологией рудоподготовки, так и с техническими средствами, задействованными во всей цепи переработки. В ряде исследований отмечается, что этап рудоподготовки, куда входят процессы дробления, измельчения и грохочения по многостадиальной схеме, представляет собой наиболее затратную часть, доходящую до 70–80 % от общих эксплуатационных расходов ГОКов. Поэтому снижение затрат на этом этапе горных работ, особенно в части расходов на энергопотребление, и необходимость применения новых способов и технологий переработки горнорудной массы, – приобретают первостепенное значение.

В этой связи утверждается, что инновационными следует признавать такие технологии, которые способны обеспечить снижение энергозатрат на десятки процентов, и что важнейшая задача, стоящая перед горнодобывающими предприятиями – их техническое переоснащение с целью достижения более высоких технико-экономических показателей эксплуатации дробильно-измельчительного оборудования.

Действительно, положение усугубляется еще и тем, что износ дробильно-измельчительного и обогатительного оборудования на действующих в стране горнорудных предприятиях достигает 80 %. К тому же в своем большинстве это оборудование морально устаревшее и не отвечающее по своим физико-техническим характеристикам современным требованиям.

Традиционные схемы рудоподготовки предусматривают 3–4 стадии дробления и 1–2 стадии измельчения с применением соответствующих дробилок, мельниц, грохотов и многочисленных вспомогательных устройств, оснащенных собственными электроприводами.

В зависимости от физико-механической характеристики конкретного минерального сырья и его вещественного состава, энергозатраты на крупное, среднее и мелкое дробление колеблются в пределах от 1 до 3 кВт·ч/ т, а на измельчение – от 10 до 40 кВт·ч на тонну сырья. Причем в последнем случае тонина помола в пределах –0,074 + 0,04, будет составлять от 65 до 80 %. Следовательно, на дробление расходуется в среднем в 16 раз меньше электроэнергии, чем на измельчение материала. Исходя из того что затраты на измельчение руды в несколько раз превышают затраты на дробление, специалисты ряда исследовательских центров горного профиля предлагают на последней стадии мелкого дробления увеличить степень разрушения с тем, чтобы измельченная при этом часть материала миновала стадию измельчения и поступала непосредственно на обогащение. Такой эффект достигается в аппаратах активного динамического разрушения (АДР).

Особенности и преимущества технологии дробления в аппаратах АДР Отличительное свойство, определяющее преимущество технологии использования дробильных машин системы АДР, состоит в исполнении дробления горной массы в одну стадию с получением дезинтегрированного минерального сырья такой крупности и качества, которые требуются либо для последующего передела, либо для его использования в качестве готового продукта.

Механическое воздействие на горную массу методом активной динамики разрушает минеральные агрегаты по определенным кристаллографическим плоскостям и межфазным границам сростков на хрупкие полиметаллические минералы и более твердые породообразующие компоненты. Более хрупкие и менее прочные полиметаллические минералы при одних и тех же условиях дробятся на более мелкие фракции, чем более крепкие минералы вмещающей породы, что позволяет разделять их на виброгрохоте. Более крупная фракция (надрешетный + продукт грохочения – твердая пустая порода) по экономическим критериям транспортировки и обогащения направляется на закладку выработанного пространства ближайшего очистного блока или на забутовку отслуживших свой срок выработок. При этом разделение по крупности можно осуществлять непосредственно в подземных условиях или на промышленной площадке рудника.

Энергозатраты на дробление материала составляют в среднем 0,08 кВт·ч на каждую тонну. Технология, основанная на аппаратах АДР, обеспечивает эффективное дробление горных пород и руд любой прочности, а также техногенных материалов и ферросплавов. Продукт дробления природных нерудных материалов имеет преимущественно изометрическую форму, при этом т.н. кубовидность частиц фракционированного продукта составляет 93–96 %.

В аппаратах АДР эффективно перерабатываются материалы влажностью до 12 %. Режимы дробления (измельчения) в аппаратах АДР настраиваются как по крупности питания, так и с учетом требований, предъявляемых к крупности конечного продукта. Машины на основе АДР имеют минимальную монтажную площадку и не требуют стационарных (в т.ч. бетонных) фундаментов, так как размещаются на собственной металлической раме. Также машины оснащаются системой аспирации, которая позволяет выводить из камеры дробления пылеобразные фракции измельчаемого материала, готовые к обогащению, минуя стадию измельчения.

Практический опыт и перспективы использования машин системы АДР Машиностроительными предприятиями оборонно-промышленного комплекса РФ в 1994–2001 гг. были изготовлены 14 единиц двух модификаций машин ДАУ (первые версии системы АДР), которые были направлены на опытную эксплуатацию в различные горнорудные предприятия, где проработали до 2007 г. Промышленная апробация проходила в горно-химическом комбинате «Бор», горно-металлургической компании «Дальполиметалл», Ярославском ГОКе, в Лермонтовской горно-рудной компании, в УК Востокцемент (некоторые сравнительные результаты переработки руд приведены в таблицах).

На базе дробильно-измельчительных машин ДАУ был создан и аппаратно испытан мобильный обогатительный комплекс (МОК), работающий на принципах дезинтеграционного и интер-гранулярного разрушения минерального сырья, с последующим селективным разделением твердых частиц по удельному весу и доведением концентрации ценных минералов до металлургических или доводочных кондиций в местах их добычи. Полученный высокоценный и одновременно малообъемный продукт может любым способом транспортироваться к действующим обогатительным фабрикам.

При этом значительно упрощаются технологические схемы, резко снижается общий расход электроэнергии и на порядок возрастает производительность работ.

Технология рудоподготовки с применением машин системы АДР и способ обогащения полиметаллических и золотосеребряных руд в МОК не имеют аналогов и позволяют извлекать ценные компоненты и из техногенного сырья, накопленного в отвалах рудников, хвостах ОФ, шлаках плавильных заводов, а также из забалансовых, упорных, супермелкозернистых руд и руд маломасштабных (малообъемных) месторождений. Такие схемы и технологии отработки подходят для любых горнорудных регионов России, они остаются особо востребованными в Приморском крае РФ, экономическое и социальное развитие которого всегда была неразрывно связано с горнорудной отраслью, а в настоящее время и в перспективе будет также определяться экономической эффективностью ее деятельности. Рудные месторождения Приморья в подавляющем большинстве относятся к категории малои среднемасштабных. Из 116 разведанных до 1983 г. месторождений, до 1990 г. находились в эксплуатации 39 месторождений.

Почти все они находились в северных муниципальных образованиях края, играли роль центров местной цивилизации, социальной стабильности и были основными источниками пополнения местного бюджета. В настоящее время многие ГОКи разорены, а еще действующие – влачат жалкое существование. Из 116 месторождений, разрабатываются единицы, их технологическое оборудование на 70–80 % изношено, морально устарело и ненадежно в эксплуатации.

В ходе продолжительной и разносторонней промышленной апробации технологии рудоподготовки на основе машин системы АДР получены ценные практические результаты по разупрочнению, рудоконцентрации, селективному раскрытию различных типов минерального и техногенного сырья. За годы их эксплуатации был накоплен и систематизирован огромный массив данных о переработке способом АДР различных типов рудных и нерудных (апатиты, доломиты, флюориты, порфириты, граниты, датолиты и др.) полезных ископаемых с широкой гаммой физико-технических характеристик.

За это же время от большинства предприятий и организаций были получены отзывы и рекомендации, которые учитывались при совершенствовании конструкции дробильноизмельчительных машин (ДИМ) системы АДР. Во всех без исключения отзывах содержалась высокая оценка технико-экономических характеристик машин, технологических показателей процесса АДР, отмечены его эффективность и высокое качество получаемых продуктов дробления и измельчения материалов.

Так, по официальному заключению ведущего научного сотрудника ФГУП ВИМС, к.т.н. В.А. Донченко, принимавшего участие в испытаниях ДИМ ДАУ-500 в НПП «Уральские минералы», главным технологическим эффектом является значительное повышение степени раскрытия полезного минерала (флюорита) по сравнению с традиционным дробильным оборудованием, получение продукта дробления менее 5 мм за один приём (стадию), чрезвычайно низкий удельный расход электроэнергии (менее 0,3 кВт·ч на тонну руды). В заключение констатируется главный итог испытаний: новая технология может совершить переворот в практике дробле ния руд – подавать в головные шаровые мельницы дроблёный – менее 5 мм – материал, соответствующий режиму наиболее эффективной работы мельниц.

Подобные выводы были сделаны и горнорудными предприятиями. В частности, при эксплуатации первой опытной машины ДАУ-500 на Балахчинском золоторудном месторождении отмечалось: машина обеспечивает высокую степень дробления, что позволяет более 30 % материала после грохочения направлять непосредственно на гравитационное обогащение.

ГМК «Электрум», использовавшая ДИМ ДАУ-500 для дробления полиметаллических, серебряно-полиметаллических, золото-серебряных и флюоритовых руд, сделала следующие выводы:

1) независимо от крепости перерабатываемых руд, применение машин активного динамического разрушения, по сравнению с другими дробильными агрегатами, позволяет существенно увеличить выход классов, готовых к обогащению – минуя мельницы, и значительно снизить крупность материала, подаваемого на измельчение;

2) позволяет снизить расход электроэнергии при дроблении на 15–20 %;

3) используемый в дробилках ДАУ способ активного динамического разрушения горной массы позволяет применить его для предварительного обогащения руд в случае существенной разницы в прочностных характеристиках рудной составляющей и вмещающих пород. В зависимости от указанной разницы содержание полезных компонентов в более мелких классах увеличивается на 20–60 %.

Обобщенные результаты промышленной эксплуатации выпущенной в 1996–2001 гг. партии машин типа ДАУ-500 послужили основой для выработки «Концепции первичной переработки минерального сырья с применением высокоэффективной технологии активного динамического разрушения (АДР)», авторы В.Г. Иванов и др.

Основные положения Концепции сводятся к следующему:

1. Дробление и измельчение сырья осуществляются в одну стадию с использованием одной дробильно-измельчительной машины, работающей по технологии АДР, что позволяет вдвое увеличить производительность помольных агрегатов и резко снизить энергопотребление и другие эксплуатационные затраты (например, расчеты затрат для переработки флюоритовых руд Ярославского ГОКа показали, что применение технологии АДР по всей цепи переработки позволяет снизить энергопотребление в 3,5 раза, по остальным статьям затрат – в 3,4 раза);

2. Рудоконцентрация производится в местах добычи минерального сырья;

3. Исключение отделенной породы и слабоминерализованной руды из последующих процессов дробления, измельчения, обогащения и складирования в хвостохранилищах позволяет существенно повысить эффективность обогатительного производства;

4. Снижаются общие расходы на транспортировку горнорудной массы до ОФ, благодаря исключению из перевозок больших объемов безрудной массы и слабоминерализованных руд;

5. Практически исключаются шаровые мельницы из первой стадии измельчения и увеличивается производительность мельниц во второй стадии измельчения;

6. Повышается эффективность заключительной стадии обогатительного процесса за счет использования получаемой при динамическом интер-гранулярном разрушении горной массы механоактивации частиц полезных минеральных компонентов;

7. Формируется благоприятная возможность создания автономного блочно-модульного передвижного обогатительного комплекса для подготовки и первичного обогащения минерального сырья небольших месторождений, отвалов и складов техногенного сырья;

8. Значительно упрощаются технологические схемы рудоподготовки различных типов минерального сырья с соответствующим снижением материальных, трудовых и эксплуатационных затрат.

Концепция была рассмотрена и одобрена профильными учеными страны: д.т.н., проф. БГТУ Классеном В.К. и д.т.н., проф. МГТУ Абрамовым А.А.

Современное состояние конструкций и производства машин по технологии АДР

Способ АДР и конструкции машин не имеют аналогов в мировой практике рудоподготовки, они запатентованы в РФ, ряде зарубежных стран, включая США. Таким образом, создан и проверен в производственных условиях эффективный, энергосберегающий, высокотехнологичный и экономически рентабельный проект, призванный обеспечить научно-технический прогресс в развитии обогатительных процессов в горнодобывающих отраслях промышленности и на предприятиях по производству строительных материалов.

К машинам и технологии активного динамического разрушения природных минеральных и техногенных материалов проявили повышенный интерес зарубежные бизнесмены и специалисты – маркетологи из Великобритании, стран Африки, Южной Америки и Юго-Восточной Азии.

Зарубежные потребители при этом предъявили ряд требований к осуществлению поставок инновационной дробильноизмельчительной техники, в числе которых: налаженный и стабильный выпуск в РФ модификаций машин и ЗИП к ним; гарантии эксплуатационной надежности производимых машин; проведение демонстрации работы машин на действующих рудниках или карьерах стройматериалов.

Следует отметить, что от некоторых бизнесменов ранее были получены предложения по организации промышленного выпуска машин системы АДР на зарубежных производственных мощностях. Однако мы убеждены, что созданные, запатентованные и промышленно апробированные в России инновационные модели таких машин должны изначально выпускаться в нашей стране или, по крайней мере, в Союзном государстве Россия–Беларусь. Поэтому, несмотря на общеизвестную невосприимчивость к инновациям и инертность в этой сфере российского бизнеса, работающего как в машиностроении, так и в обогатительных подотраслях, надеемся на успешное завершение переговоров о производстве в ближайшее время нескольких экземпляров новой, более совершенной, модели (под маркой ДДВ-3-800) и перспективной, типа ДДВ-1300, на которую определены расчетные показатели.

Заключение

Использование новых, нетрадиционных, высокоэффективных, низко-энергоемких и имеющих мировую новизну технологий рудоподготовки, рудоконцентрации и обогащения руд, наряду с организацией серийного промышленного выпуска инновационных машин типа ДДВ, позволит горнодобывающей отрасли экономики России оставаться конкурентоспособной на рынках минерального сырья и машиностроения для горной и строительной отраслей. Освоение промышленного производства инновационных дробильноизмельчительных машин системы АДР станет мощной базой для импортозамещения в технологиях рудоподготовки и рудоконцентрации, производства щебня из природного минерального сырья и переработки твердых отходов горной и металлургической отраслей, а также сформирует серьезный экспортный конкурентоспособный сегмент инновационной продукции российского машиностроения.

Технические характеристики дробильно-измельчительных машин
системы ДДВ-3

Технические характеристики дробильно-измельчительных машин системы ДДВ-3Рудоконцентрация минерального сырья, полученная при его разрушении методом активного ударного дробления, на месторождениях Приморского края

Рудоконцентрация минерального сырья, полученная при его разрушении методом активного ударного дробления, на месторождениях Приморского края

Результаты переработки руд на действовавших обогатительных фабриках (продукты после 3-стадийного дробления: щековая дробилка – конусная дробилка среднего дробления – конусная дробилка мелкого дробления), %%

Результаты переработки руд на действовавших обогатительных фабриках (продукты после 3-стадийного дробления: щековая дробилка – конусная дробилка среднего дробления – конусная дробилка мелкого дробления), %%

Результаты переработки руд дробильно-измельчительными машинами активного ударного разрушения (типа ДАУ- 500) на ГОКах Дальнего Востока

Результаты переработки руд на действовавших обогатительных фабриках (продукты после 3-стадийного дробления: щековая дробилка – конусная дробилка среднего дробления – конусная дробилка мелкого дробления), %%

Ключевые слова: системы рудоподготовки, аппараты АДР, подземные технологии

Журнал "Горная Промышленность"№2 (132) 2017, стр.92