Определение технологии получения конечной продукции из сырья техногенного намывного массива

DOI: https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-3-35-39

А.А. Тедикова¹, М.Д. Климоченков^{1, 2}, И.А. Мельниченко¹ , И.И. Матвеев³
¹ Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», г. Москва, Российская Федерация
² АО «Высочайший» (GV Gold), г. Москва, Российская Федерация
³ Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, г. Москва, Российская Федерация
Горная Промышленность №3 / 2025 стр. 35-39

Резюме: В статье рассматриваются современные подходы к получению продукции из материалов техногенных намывных массивов, образующихся в результате деятельности горных предприятий. Объектом исследований было выбрано хранилище автоклавного кека – намывного техногенного массива, состоящего из трех секций, расположенного близ цинкового завода в центральной части Казахстана. Цель исследования – разработка технологии производства из материала хранилища автоклавного кека гранул, которые были бы пригодны для последующей переработки путем плавки в печи Ванюкова. В ходе исследования: 1) предложена технология по оптимизации процессов организации работ на техногенном месторождении и выработке конечного продукта – гранул заданного класса крупности (выход не менее 30%, размеры гранул от 5 до 30 мм), с постоянной влажностью (12%), пригодных для последующей плавки; 2) даны рекомендации по выбору элементов аппаратной схемы процесса грануляции; 3) сформулированы предложения по определению парка оборудования и системы комплексной механизации. Данная технология может быть применима и для аналогичных материалов: тонкодисперсных и пластичных, характеризующихся значимыми для переработки содержаниями полезных компонентов. Исследование будет полезно специалистам в области экологии, горного дела и управления природными ресурсами.

Ключевые слова: техногенное месторождение, намывные массивы, горнопромышленные отходы, автоклавный кек, хвостохранилища, грануляция, отработка обводненных территорий

Для цитирования: Тедикова А.А., Климоченков М.Д., Мельниченко И.А., Матвеев И.И. Определение технологии получения конечной продукции из сырья техногенного намывного массива. Горная промышленность. 2025;(3):35–39. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-3-35-39

Информация о статье

Поступила в редакцию: 19.02.2025

Поступила после рецензирования: 10.04.2025

Принята к публикации: 17.04.2025

Информация об авторах

Тедикова Анита Аркадьевна – аспирант, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», Москва, Российская Федерация; https://orcid.org/0009-0008-3343-280X, Scopus ID: 58802905800; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Климоченков Максим Дмитриевич – старший специалист производственно-технического отдела, АО «Высочайший» (GV Gold), аспирант, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», Москва, Российская Федерация; https://orcid.org/0009-0001-1276-9285, Scopus ID: 58802740100; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Мельниченко Илья Ашотович – кандидат технических наук, старший преподаватель, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», Москва, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-0205-6425, Scopus ID: 57206466233; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Матвеев Иван Иванович – студент, Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, Москва, Российская Федерация; https://orcid.org/0009-0005-0524-3815; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Введение

Переработка техногенного сырья – одно из актуальных направлений современной науки, основывающихся на решении задачи поиска и определения оптимальных параметров преобразования отходов горных производств в материалы, которые могут быть использованы в промышленности. Так, с середины прошлого столетия ведущие ученые научных центров ищут подходы к применению вторичных ресурсов как источника для пополнения сырьевой базы [1].

Согласно классификации техногенные месторождения подразделяются на насыпные массивы (отвалы, терриконы, гидротехнические и дорожные насыпи, свалки), намывные массивы (гидроотвалы, хвостохранилища, золоотвалы, шламонакопители) и техногенные наносы (запыленные поверхности, территории сельскохозяйственной рекультивации, донные отложения техногенного происхождения) [2].

В задачи данного исследования входило изучение намывных техногенных массивов (НТМ), сложенных преимущественно водонасыщенными отложениями и представляющих ценность как объекты, содержащие спектр полезных компонентов, минералов и благородных металлов [3; 4].

Материалы и методы

Объектом исследований было выбрано хранилище автоклавного кека – намывного техногенного массива, состоящего из трех секций, расположенного близ цинкового завода в центральной части Казахстана. Целью исследования была разработка технологии производства из материала хранилища автоклавного кека гранул, которые были бы пригодны для последующей переработки путем плавки в печи Ванюкова.

Для определения технологии отработки, которая могла бы позволить эффективно отработать техногенный массив и получить соответствующие установленным требованиям качественные показатели конечного продукта, было проведено районирование массива, обеспечивающее получение представительного набора проб. Так, была разработана система профилей инженерно-геологического опробования хранилища кека, которая позволила отобрать пробы из шлама скважин ручным способом с использованием бензобура.

Определение степени влажности кека производилось на основании отобранных проб из блоков секций хвостохранилища, разбитых в латеральной плоскости на равные площади размером 10x10 м. Использовалась технология пробоотбора, основанная на методе сокращения массы пробы за счет ее дефрагментации, смешивания и квартования [5]. Далее применялись инструменты геостатистики – метода обратных взвешенных расстояний, позволившего выявить прогнозируемые значения влажности в точках, где пробоотбор не производился.

По результатам лабораторных испытаний в автоклавном кеке были выявлены экономически целесообразные к переработке содержания меди и драгоценных металлов (около 0,7% Cu, более 1 г/т Au и более 150 г/т Ag), а также попутные компоненты, усредненный состав по трем секциям, для которых приведен на рис. 1.

Рис. 1 Усредненный химический состав автоклавного кека
Fig. 1 The average chemical composition of the autoclave cakeT

Учитывая высокие содержания ключевых элементов (Cu, Au, Ag), было принято решение о разработке технологии переработки материалов хвостохранилища и доведения их до состояния конечной продукции. При этом заскладированный в секциях хранилища автоклавный кек представляет собой вязкую массу, характеризующуюся разной степенью влажности (варьируется в пределах от 17 до 28%) в отдельных точках пробоотбора, что усложняет его перевод в высушенное состояние с равномерным распределением показателей.

Так как в зоне хвостохранилища происходило многолетнее складирование кека с различными составом и влажностью, было принято решение о формировании концепции перевода его в формат гранул с первичным размещением на усреднительных складах для обеспечения гарантированного уровня качества. При этом среди основных требований к усреднительному складу значились минимизация затрат на его организацию и обслуживание, обеспечение вместительности, равной трехдневному объему перерабатываемого автоклавного кека, а также организация возможности качественного усреднения материала и сброса лишней влаги. Также усреднительный склад, установка для грануляции и хранилище автоклавного кека должны были быть связаны друг с другом кратчайшим транспортным маршрутом для снижения затрат на перевозку и хранение сырья. Схема организации работ приведена на рис. 2.

Рис. 2 Схема организации работ: 1 – хранилище кека; 2а – транспортирование исходного кека; 2б – транспортирование усредненного кека; 3 – усреднительный склад; 3а – разгрузка и перемешивание кека; 3б – подсушивание кека; 3в – отгрузка подсушенного и усредненного кека; 4 – установка грануляции; 5 – отгрузка готового продукта на склад готовой продукции
Fig. 2 Schematic diagram of the operations: 1 – a cake dump, 2а – transportation of the raw cake, 2б – transportation of the averaged cake, 3 – a homogenization stockpile, 3а – unloading and mixing of the cake, 3б – dehydration of the cake, 3в – offloading of the dried and averaged cake, 4 – a pelletizing unit, 5 – offloading of the end product to the end product stockpile

Отвод и отстой дренируемых из кека вод, в свою очередь, должны были быть обеспечены комплексом, состоящим из сборника фильтрата, насыпной дренирующей дамбы и водосбросной канавы.

Для транспортирования и доставки материала были определены классные погрузчики как основное и вспомогательное оборудование за счет высокой скорости передвижения и небольших габаритов, сочетаемых с хорошей маневренностью. Один погрузчик предполагалось использовать для транспортировки сырья от хвостохранилища до склада, второй – при доставке от склада до установки грануляции.

Результаты

Производство гранул заданной крупности (5–30 мм, выход готового класса не менее 80%), определенной влажности (менее 12%) и усредненным составом – ключевая задача исследования. Для достижения заявленного результата была предложена технология их переработки, состоящая из следующих этапов: выпуск кека и смешивание его с привязками, равномерное перемешивание компонентов смеси, гранулирование, просушка гранул при комнатной температуре, их классификация и передача на доводку в автотечных плавильных печах Ванюкова.

Привязками к автоклавному кеку по результатам исследований были определены сульфидный медный концентрат, лежалые хвосты обогатительной фабрики для снижения влажности кека, а также цемент как основная связующая добавка. Так как цемент выступает лишь связующим веществом, жестких требований к его марке или составу не предъявлялось.

Для производства гранул была разработана аппаратная схема процесса грануляции (рис. 3). Аппаратная схема состоит из питателей, на которые подаются исходный автоклавный кек, привязки и связующие, сети конвейеров с возможностью переменной подачи, а также двухвального смесителя, обеспечивающего перемешивание массы. Пресс шнековый вакуумный позволяет создавать гранулы заданной крупности, а промежуточный склад конусоидальной формы используется для хранения полученных гранул и их подсушивания.

Рис. 3 Аппаратная схема процессагрануляции автоклавного кека
Fig. 3 Layout of the hardware part of the autoclave cake pelletizing process

После высушивания и цементации на промежуточном складе гранулы направляются на склад готовой продукции, где с использованием процесса грохочения классифицируются: класс крупности +5,0 мм отправляют на плавку, а –5,0 мм – на повторную переработку.

Таким образом, при определении процесса грануляции кека были скорректированы параметры техники. Для выбора марки погрузчика основным условием оставалось обеспечение емкости ковша заданной производительности установки грануляции (10 м³). Учитывая продолжительность рабочего цикла (5 мин), а также коэффициент разрыхления кека в ковше (1,1) и коэффициент наполнения ковша (1, принимаемый для обычных грунтов и супесей [6]), была вычислена остаточная емкость ковша:

E ≥ (V_уст t_к k_р) / (60 k_н) = (10 * 5 * 1.1) / (60 * 1.0) ≈ 0,92 м³,

где V_уст – требуемые часовые объемы кека для обеспечения бесперебойной работы установки грануляции; t_к – время рабочего цикла; k_р – коэффициент разрыхления кека; k_н – коэффициент наполнения ковша.

По результатам вычислений было выявлено, что погрузчики должны обладать емкостью ковша не меньшей, чем 0,92 м³. Подобными характеристиками обладают погрузчики фирмы Caterpillar: 907K со сменными ковшами E = 0,75–1,2 м³; 908K с емкостью ковша E = 0,9–1,5 м³; 906K с объемами ковша E = 0,9–1,2 м³ и их аналоги.

Выводы

При проведении общей оценки уровня развития геоинформатики в 1960–1970-х годах предложена технология создания конечного продукта – гранул заданного класса крупности (выход не менее 30%, размеры гранул от 5 до 30 мм), с постоянной влажностью (12%), пригодных для последующей плавки, из сырья техногенного месторождения, представленного хранилищем автоклавного кека.

Выявлены параметры техники и оборудования, обеспечивающие получение заявленной продукции, а также определены звенья аппаратной цепи.

Данная технология может быть применима при условиях формирования техногенного месторождения, схожих с описываемым в исследовании, а также для аналогичных материалов: тонкодисперсных и пластичных, характеризующихся значимыми для переработки содержаниями полезных компонентов [7; 8].

Сноски

¹ Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», г. Москва, Российская Федерация

² АО «Высочайший» (GV Gold), г. Москва, Российская Федерация

³ Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, г. Москва, Российская Федерация

Вклад авторов

А.А. Тедикова – генерация идеи исследования, постановка задачи исследования и получение данных для анализа, выполнение расчетной части исследования.

М.Д. Климоченков – выполнение работы по систематизации материала, написание текста статьи, корректировка расчетов.

И.А. Мельниченко – анализ результатов исследований и подготовка материала к публикации.

И.И. Матвеев – редактирование текста статьи.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Список литературы

1. Гальперин А.М., Кутепов Ю.И., Круподеров В.С., Семенов О.Д. Мониторинг и освоение техногенных массивов на горных предприятиях. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2011;(2):7–18. Режим доступа: https://giabonline.ru/files/Data/2011/2/Galperin_2_2011.pdf (дата обращения: 13.02.2025). Galperin A.M., Kutepov Y.I., Krupoderov V.S., Semenov O.D. The monitoring and exploration of technogenic rock masses at mining enterprises. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2011;(2):7–18. (In Russ.) Available at: https://giab-online.ru/files/Data/2011/2/Galperin_2_2011.pdf (accessed: 13.02.2025).

2. Азарова С.В. Отходы горнодобывающих предприятий и комплексная оценка их опасности для окружающей среды (на примере объектов Республики Хакасия): автореф. дис. … канд. геол.-мин. наук. Томск; 2005. 21 с.

3. Макаров А.Б., Талалай А.Г., Гуман О.М., Хасанова Г.Г. Техногенные месторождения и особенности их воздействия на природную окружающую среду. Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2022;(3):120–129. https://doi.org/10.21440/0536-1028-2022-3-120-129 Makarov A.B., Talalai A.G., Guman O.M., Khasanova G.G. Anthropogenic deposits and their impact on the natural environment. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Gornyi Zhurnal. 2022;(3):120–129. (In Russ.) https://doi.org/10.21440/0536-1028-2022-3-120-129

4. Мосейкин В.В. Методология геологического изучения намывных техногенных массивов. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2006;(7):105–109. Moseikin V.V. Methodology of geological study of alluvial man-made massifs. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2006;(7):105–109. (In Russ.)

5. Мельниченко И.А., Кириченко Ю.В. Разработка метода районирования техногенных массивов. Горная промышленность. 2021;(3):116–122. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2021-3-116-122 Melnichenko I.A., Kirichenko Yu.V. Development of zoning method for man-made massifs. Russian Mining Industry. 2021;(3):116–122. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2021-3-116-122

6. Литвин О.И., Хорешок А.А., Дубинкин Д.М., Марков С.О., Стенин Д.В., Тюленев М.А. Анализ методик расчета производительности карьерных гидравлических экскаваторов. Горная промышленность. 2022;(5):112–120. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2022-5-112-120 Litvin O.I., Khoreshok A.A., Dubinkin D.M., Markov S.O., Stenin D.V., Tyulenev M.A. Analysis of methods for calculating the productivity of open-pit hydraulic shovels and backhoes. Russian Mining Industry. 2022;(5):112–120. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2022-5-112-120

7. Тедикова А.А., Климоченков М.Д., Мельниченко И.А., Мосейкин В.В., Щёкина М.В. Построение геоинформационной модели техногенного месторождения для получения дополнительных источников минерального сырья. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023;(12):96–110. Режим доступа: https://giab-online.ru/files/Data/2023/12/12_2023_96-110.pdf (дата обращения: 13.02.2025). Tedikova A.A., Klimochenkov M.D., Melnichenko I.A., Moseykin V.V., Shchekina M.V. Geoinformation model construction for manmade deposits to obtain additional sources of mineral raw materials. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2023;(12):96–110. (In Russ.) Available at: https://giab-online.ru/files/Data/2023/12/12_2023_96-110.pdf (accessed: 13.02.2025).

8. Ческидов В.В., Барабанов Н.Н., Ложкин М.О., Смирнов П.А., Лагутина А.А. Анализ закономерностей распределения соединений серы и железа на примере намывных техногенных массивов. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021;(3):142–153. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2021-3-0-142-153 Cheskidov V.V., Barabanov N.N., Lozhkin M.O., Smirnov P.A., Lagutina A.A. Distribution of iron and sulfur compounds: a case study of hydraulic waste fills. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2021;(3):142–153. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236-1493-2021-3-0-142-153