Модернизация технологии измельчения руд на ГОКе «Кубака»

А.П.Романов, зам. директора ГОКа «Кубака»
Г.Б.Колосай, главный инженер ЗИФ «Кубака»
Д.В.Ермаков, главный металлург ЗИФ «Кубака»
А.В.Колтунов, к.т.н., доцент Уральской горно-геологической академии

Горно-обогатительный комбинат «Кубака» – одно из крупнейших золотодобывающих предприятий России, расположен в Северо-Эвенкском районе Магаданской области. Управление комбинатом осуществляет ОАО «Омолонская золоторудная компания», принадлежащая горнодобывающей корпорации KINROSS (Канада).

ГОК «Кубака» находится в труднодоступном районе, что предопределило вахтовую организацию работ. Доставка запасных частей и оборудования осуществляется автотранспортом от порта Магадан, расположенного в 660 км от рудника. Протяженность трассы составляет около 1000 км, причем 360 из них доступно только по «зимнику».

Основу технологии извлечения благородных металлов на предприятии составляет гидрометаллургический процесс растворения благородных металлов в растворах цианистого натрия с последующей сорбцией на активированном угле и десорбцией по методу Задра (электролизом и плавкой катодного осадка в сплав Доре).

Электроснабжение участка автономное, от дизельной электростанции мощностью 10 МВт. Водообеспечение процесса производится из артезианских скважин.

В феврале 1997 года состоялась сдача в эксплуатацию золотоизвлекательной фабрики (ЗИФ) на проектную производительность 1750 т/сутки, построенной по совместному российско-американскому проекту. В процессе эксплуатации ЗИФ объем перерабатываемой руды увеличен до 2436 т/сутки.

На ЗИФ применен целый ряд оригинальных инженерных и технологических решений, позволивших достичь высокой эффективности переработки руды. В частности, для подачи дробленой руды на ленточный конвейер, питающий мельницу полусамоизмельчения, предусмотрено три пластинчатых питателя Stephan-Adamson (Метso Minerals). Такое компоновочное решение позволяет гибко регулировать гранулометрический состав подаваемой в переработку руды. Один питатель постоянно находится в резерве, что в условиях Крайнего Севера позволяет обеспечить бесперебойную подачу руды на фабрику во время сильных холодов, когда пропускная способность бункеров снижается в результате намерзания на стенках и зависания материала. Металлическая футеровка в мельнице полусамоизмельчения заменена на резинометаллическую фирмы Метso Minerals, что позволило снизить продолжительность простоев на перефутеровку мельниц, увеличить время производительного использования между остановками на 37.5% и поднять среднесуточную производительность на 9.1%. Обогрев технологических трубопроводов, проложенных под открытым небом, в зимнее время на всем их протяжении осуществляется с помощью электрического кабеля специальной конструкции, использование которого обеспечило безаварийную работу в течение более 7 лет. Использование высокопроизводительных сгустителей и высокоэффективных флокулянтов обеспечивает высокую удельную производительность и максимальную степень использования оборотной воды в технологическом процессе. Изменен реагентный режим в операции десорбции, что позволило сократить расход цианида натрия на 30%. На ЗИФ осуществляется полный автоматизированный контроль параметров работы технологического оборудования, что позволяет оперативно управлять производством, технологическими параметрами и проводить анализ различных производственных ситуаций. Использование перфорированных катодов оригинальной конструкции обеспечило повышение эффективности электролиза на 15%. Установленная на ЗИФ система обогрева и вентиляции предусматривает использование тепла систем охлаждения дизельных генераторов, что обеспечивает экономию до 30% тепловой энергии. В качестве теплоносителя используется этиленгликоль, что позволило избавиться от огромного количества ремонтных работ систем отопления.

Вещественный состав руд

Руды добываются в карьере и на подземном участке и доставляются автосамосвалами грузоподъемностью 50 тонн. Вещественный состав руд отличается простотой: основными полезными компонентами являются золото и серебро в соотношении 1:1. Минералы золото-серебрянного ряда представлены самородным золотом, электрумом, кюстелитом и самородным серебром. Обычно они встречаются в виде мелких вкрапленных выделений или гнездово-вкрапленных скоплений. Основная часть золота в руде имеет крупность 0.001–0.07 мм. Распределение золота равномерное. Доля трудноизвлекаемого золота, заключенного в кварце и алюмосиликатах, невелика и составляет 0.1–1.45%. Рудные тела месторождения, как правило, включают в себя сочетание трех основных морфологических типов геологических образований, несущих золото-серебряную минерализацию: жилы выполнения, зоны прожилкования и кварцевые метасоматиты с тонким сетчатым прожилкованием. Рудная масса определяется в основном жильным материалом кварцевого, адуляр-кварцевого, гидрослюдисто-кварцевого, карбонат-адуляр-кварцевого, хлорит-карбонат-кварцевого, флюорит-карбонат-кварцевого состава.

Вредные примеси (мышьяк, сурьма), которые обычно осложняют технологию переработки, практически отсутствуют. Углистое вещество, являющееся природным сорбентом, нарушающим процесс сорбции на активированный уголь, присутствует в рудах в крайне рассредоточенном состоянии. Массовая доля серы в рудах составляет 0.06–0.17% и подтверждает убогосульфидный тип руды.

Цикл дробления и измельчения

Цикл рудоподготовки включает одностадиальное дробление на щековой дробилке Birdsboro Buchanan 40(48 CD-F. Руда подается фронтальным погрузчиком через колосниковый грохот с размером между колосниками 600 мм. Степень дробления 4.8. Средний гранулометрический состав дробленой руды показан на рис. 1.

Дробленая руда накапливается на специальном складе вместимостью 9 000 м3, откуда пластинчатыми питателями и системой конвейеров подается в цикл измельчения.

Схема измельчения двухстадийная. В первой стадии установлена мельница мокрого полусамоизмельчения (МПСИ) MARCY (производства Метso Minerals) размером 6100(2700 мм, работающая в замкнутом цикле с инерционным грохотом с классификацией по классу 1 мм, питание на который подается насосом. Надрешетный продукт грохота крупностью –30 +1 мм возвращается на доизмельчение в мельницу МПСИ, подрешетный – направляется во вторую стадию измельчения. Величина циркулирующей нагрузки мельницы МПСИ составляет около 50%.

Степень заполнения мельницы стальными шарами диаметром 127 мм – 14–15%, тип футеровки – резинометаллическая.

Во второй стадии установлена шаровая мельница (МШ) Dominion Engineering (производства Метso Minerals) размером 4200(5600 мм, работающая в замкнутом цикле с шестью гидроциклонами.

Привод мельниц обеих стадий – от синхронных электродвигателей мощностью 1120 кВт в первой стадии и 1500 кВт – во второй. Слив гидроциклонов (крупностью 85% класса –0.074 мм) является конечным продуктом цикла измельчения.

Растворение ценного компонента начинается с головы процесса – в мельнице мокрого полусамоизмельчения МПСИ.

Из истории проектирования технологии измельчения

Руды месторождения имеют значительную твердость, 70% их представлены кварцем, около 25% – полевым шпатом. Коэффициент крепости горной массы колеблется в пределах 13–17 по шкале Протодьяконова. Ценный компонент – серебро и золото – представлен в виде электрума и имеет, как было уже отмечено, чрезвычайно тонкую вкрапленность. Эти особенности обуславливают высокие требования к работе цикла измельчения и качеству помола, которые были заложены при проектировании.

Генеральным подрядчиком при проектировании и строительстве рудника была компания Dave International. История знает немало примеров, когда проекты стоимостью в несколько сот миллионов долларов не выходили на проектную мощность. Эти уроки прошлого объясняют тщательность, с которой проектировщик подошел к проекту цикла дробления и измельчения. На стадии проектирования схемы рудоподготовки проводились масштабные исследования измельчаемости руды, привлекались как российские, так и зарубежные научно-исследовательские институты и проектные компании: ВНИИ-1, Иргиредмет, A.R. McPherson Consultants Ltd. (Hazen Research), Kilborn, Brenda Process Technology (Метso Minerals). Промышленные испытания проводились на Омсукчанской и Карамкенской золотоизвлекательных фабриках. В проектировании цикла измельчения мельницы МПСИ участвовали специалисты компании Minnovex Technologies, специализирующейся на проектировании схем измельчения в мельницах полусамоизмельчения для выполнения теста SPI (индекс определения потребления электрической энергии для мельницы МПСИ) (табл. 1).

Выбранная схема измельчения (мельница МПСИ – шаровая мельница МШ) является наиболее распространенной на работающих и строящихся фабриках Северной Америки. Она доказала свою неприхотливость на крепких, упорных к измельчению рудах, а также рудах переменного качества.

Проектные показатели – 81 т/час на «Кубаке» были достигнуты в первые месяцы работы. Рис. 2 иллюстрирует динамику роста суточной производительности ЗИФ по годам работы.

Первая проблема, с которой столкнулись после пуска в действие фабрики – это частые забивания бункеров дробильного отделения. На её разрешение ушло около года: были изменены конструкция колосникового грохота, приемный бункер дробилки, пересыпные бункера и бункер питателя дробилки. Коэффициент использования оборудования дробилки в 1997 году составил около 30%. Для обеспечения фабрики рудой приходилось увеличивать разгрузочную щель дробилки до 180 мм, что, естественно, отражалось на производительности операции измельчения. Этот факт, а также невысокий коэффициент использования оборудования самой ЗИФ, объясняют низкую суточную производительность в первые два года работы (в 1998 году 81.02 т/час работы мельницы МПСИ). В 1999 году, после уменьшения максимального размера куска в питании мельницы МПСИ (см. рис. 1) и увеличения до максимально возможного уровня (до 12–13%) шаровой загрузки, удалось получить 96.78 т/час при коэффициенте использования оборудования 94.08%. Основная причина простоя оборудования – замена футеровки МПСИ.

Необходимо заметить, что мельница МПСИ была футерована хром-молибденовой футеровкой (твердость около 350 по шкале Бринелля), а шаровая МШ – резиновой.

Существует много критериев для оценки эксплуатационных качеств футеровки мельниц: время работы, т.е. количество часов или переработанных тонн, потеря массы футеровки за час работы или на тонну переработанной руды, на единицу затраченной энергии. Тем не менее, есть дополнительные показатели, которые не менее важны при экономической оценке работы данного вида футеровки – это трудозатраты для установки новой и удаления отработанной. Дополнительно к материальным и трудовым издержкам можно отнести такое понятие, как «упущенные» объемы производства за время простоя оборудования. В современной рыночной ситуации снижение времени простоя мельницы, даже на 2–3%, может экономически оправдать или превзойти сумму годовых затрат на замену футеровки мельниц.

Существует ряд факторов, замедляющих процесс замены металлической футеровки мельницы, а значит, увеличивают время её простоя:

-    большая масса футеровочных плит, решеток и лифтеров, создающая дополнительную сложность при их демонтаже и установке;

-    большая травмоопасность при работе с тяжелыми деталями;

-    в ходе эксплуатации мельницы большое количество металлическоой стружки забивается в щели между футеровочными плитами (шириной от 9 до 12мм). Ко времени замены бронеплит они оказывались соединенными (склепанными) друг с другом так прочно, что их было трудно демонтировать.

На ЗИФ ГОКа «Кубака» при замене металлической Сr-Mo футеровки использовался манипулятор, и даже с его помощью на замену футеровки по барабану мельницы МПСИ 61(27 уходило около 60 часов.

Дополнительными экономически негативными факторами использования металлической футеровки являются затраты на доставку тяжелых деталей на отдаленный участок и большое количество остаточного металлолома при замене футеровки. Выше отмеченные недостатки металлической футеровки послужили мощным стимулом к поиску новых ее видов. И когда в 1999 году поступило предложение от фирмы Метso Minerals на испытания резинометаллической футеровки POLY-MET, решение на эксперимент было принято уже в начале 2000 года.

Работа на резинометаллической футеровке

В ходе сравнительных испытаний при двух основных конструктивных отличиях резинометаллической POLY-MET и металлической Cr-Mo футеровок: массе футеровок 59138 кг и 120966 кг, соответственно; размере отверстий в разгрузочной решетке 20(30 мм и 10(55–95 мм, соответственно, были зарегистрированы время работы мельниц 3816 час и 3070 час, соответственно; количество переработанной руды до полной замены футеровок 377300 т и 247866 т, соответственно.

В табл. 2 представлены основные показатели работы циклов измельчения ЗИФ ГОКа «Кубака» за 1999 год (с использованием металлической футеровки на первой стадии). Показатели работы цикла измельчения с использованием футеровки POLY-MET даны средние за 2000–2003 годы.

За первый год эксплуатации резинометаллической футеровки POLY-MET суточная производительность мельницы достигла 2341 т. Повышение произошло, главным образом, за счет сокращения времени остановки мельницы на замену изношенной футеровки и уменьшения массы мельницы (разница по массе 61828 кг), что позволило увеличить массу шаровой загрузки.

Новая задача, поставленная работниками ЗИФ и Метso Minerals, заключалась в уменьшении числа остановок на замену футеровочных плит и повышения коэффициента использования оборудования. При работе мельницы наблюдался локальный износ отдельных частей футеровки. С учетом этого была изменена конфигурация элементов футеровки, крепление, угол наклона и высота лифтеров. Выработана оптимальная схема-график остановок на замену футеровки. Благодаря плодотворной совместной работе специалистов компании Метso Minerals и ЗИФ, время ее работы без остановок на замену изношенных деталей увеличено на 37.5%. Коэффициент использования оборудования достиг 97.13% (рис. 3) – наилучшего показателя среди мельниц мира для руд подобного типа. Потребление электроэнергии мельницей МПСИ уменьшилось примерно на 5% (около 800 тыс. кВт/год). Уменьшена масса футеровки, доставляемой на отдаленный участок. Необходимо отметить, что стоимость комплекта футеровки существенно не изменилась.

В 2003 году на руднике произошло снижение количества добываемого металла в связи с истощением запасов месторождения, но, благодаря отлаженной работе ЗИФ и повышению объма перерабатываемой руды, удалось сохранить высокую рентабельность предприятия и вовлечь в переработку руды с меньшим содержанием металла.

Выводы

Опыт ЗИФ «Кубака» доказывает, что рабочие характеристики резинометаллической футеровки POLY-MET для мельниц полусамоизмельчения превосходят характеристики хром-молибденовой футеровки.

Благодаря меньшей массе футеровочных плит при использовании резинометаллической футеровки, существенно снижается потребление электроэнергии, уменьшается расход мелющих шаров и появляется возможность увеличения шаровой загрузки.

Оптимизация графика остановок мельниц для замены футеровки, применение конструктивных решений, обеспечивающих равномерный ее износ, учет особенностей эксплуатации конкретной мельницы на конкретной руде, выливаются в ощутимый экономический эффект.

При экономической оценке работы процесса измельчения необходимо учитывать как прямые затраты на измельчение, так и упущенную прибыль от остановкок мельниц на обслуживание.


ЛИТЕРАТУРА:
1. Джон Старки (Канада). //Точное экономическое проектирование цикла измельчения с использованием индексов СПИ (SPI) и Бонда. XXII международный конгресс по обогащению полезных ископаемых. ЮАР, Кейптаун, октябрь 2003 года.
2. James L. Parks and David M. Kjos // Liner Designs, Materials and Operating Practices for Large Prymary Mills. ME International Minneapolis, Minnesota for The International Conference on Autogenous and Semiautogenous Grinding. Vancouver. September, 1989.
3. T.R. Rapony //Recent improvements in grinding at the Williams Mine. January,1994.
4. David L. Hill, R. Kevin DeSomber // Post Mill Grinding Circuit.
5. Джон Старки, Узнать больше из керновой пробы. Предварительный проект SAG. Монтерей. Золотой форум. 1997 г. Документы конференции, стр.97.

Журнал "Горная Промышленность" №5 2004