Комбинированная резинометаллическая футеровка Metso Minerals в мельнице мокрого полусамоизмельчения на ЗИФ ГОКа «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


Измельчение и дробление применяется при переработке практически всех руд и обычно является самой большой статьей расходов обработки руды. Эти затраты часто достигают 60–70% всех эксплуатационных расходов. Выбирая схему и метод дробления и измельчения, проектировщик должен учитывать, что конечный выбор в значительной мере определит себестоимость готовой продукции.

Использование мельниц само- и полусамоизмельчения в мировой практике получило широкое распространение более 30 лет назад, а в последние 10 лет схемы, предусматривающие применение этого оборудования, заняли прочное положение на фабриках всего мира. Истощение мировых запасов богатых руд и связанное с этим снижение содержания ценного компонента в них приводит к увеличению объемов перерабатываемой горной массы и предопределяет необходимость в наращивании производительности дробильно-измельчительного оборудования и, соответственно, в увеличении диаметра используемых мельниц. При этом, жесткие условия работы оборудования в цикле измельчения создают некоторые проблемы. В то время как современная обогатительная фабрика со стандартным оборудованием может работать 95% календарного времени и выше, время полезного использования мельниц само- и полусамоизмельчения не превышает 90%, т.к. обслуживание этого типа мельниц связано со значительными временными затратами, и, прежде всего, с работами по замене футеровки.

В настоящей статье авторы хотели бы поделиться наработанным на горно-обогатительном комбинате «Кубака» опытом использования футеровок различного типа и оценки экономической эффективности работы процесса само- и полусамоизмельчения на обогатительных фабриках.


Рис. 1    Гранулометрическая характеристика питания мельницы МПСИ MARCY

Горно-обогатительный комбинат «Кубака», являющийся одним из крупнейших золотодобывающих предприятий России, находится в Северо-Эвенском районе Магаданской области. Управление комбинатом осуществляется ОАО «Омолонская золоторудная компания», принадлежащей канадской горнодобывающей корпорации KINROSS.

Пуск золотоизвлекательной фабрики (ЗИФ) с проектной производительностью в 1750 т/сутки, построенной по совместному российско-американскому проекту, состоялся в феврале 1997 года. В процессе эксплуатации ЗИФ объем перерабатываемой руды увеличен до 2436 т/сутки.

Предприятие находится в труднодоступном районе. Работа организована вахтовым методом. 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» в зимнее время года. Основой технологии извлечения благородных металлов на предприятии является 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 и осуществляется от дизельной электростанции мощностью 10 МВт. Водообеспечение процесса производится из артезианских скважин.

На ЗИФ применен целый ряд оригинальных инженерных и технологических решений, обеспечивающих высокие показатели и эффективность переработки руды:

-    для подачи дробленой руды на ленточный конвейер, питающий мельницу полусамоизмельчения, предусмотрено три пластинчатых питателя Stephan-Adamson (Metso 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;

-    замена металлической футеровки в мельнице полусамоизмельчения на резинометаллическую фирмы Metso Minerals позволило снизить продолжительность простоев на перефутеровку мельниц, увеличить время работы между остановками на 37.5% и поднять среднесуточную производительность на 9.1%;

-    для предотвращения замерзания в зимнее время технологических трубопроводов, расположенных под открытым небом, на всем их протяжении осуществляется обогрев с помощью электрического кабеля специальной конструкции, использование которого позволило проработать более 7 лет без аварий;

-    использование высокопроизводительных сгустителей и высокоэффективных флокулянтов обеспечивает высокую удельную производительность и максимальную степень использования оборотной воды в технологическом процессе;

-    изменение реагентного режима в операции десорбции 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%;

-    система обогрева и вентиляции, установленная на ЗИФ, за счет использования тепла систем охлаждения дизельных генераторов обеспечивает экономию до 30% тепловой энергии. В качестве теплового носителя используется этиленгликоль, что позволило избавиться от огромного количества ремонтных работ систем отопления.

Вещественный состав руд

Руда добывается в карьере и на подземном участке. Доставка руды производится автосамосвалами грузоподъемностью 50 тонн. Вещественный состав руд отличается своей 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.


Рис. 2    График динамики изменения
суточной производительности ЗИФ

Вредные примеси (мышьяк, сурьма), которые могли бы осложнить 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 складируется на складе вместимостью 9000 м3, откуда пластинчатыми питателями и системой конвейеров подается в цикл измельчения.

Схема измельчения двухстадиальная. В первой стадии установлена мельница мокрого полусамоизмельчения (МПСИ) MARCY (Metso Minerals) размером 6100(2700 мм, работающая в замкнутом цикле с инерционным грохотом с классификацией по классу 1 мм, питание на грохот 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 (Metso Minerals) размером 4200(5600 мм, работающая в замкнутом цикле с шестью гидроциклонами.

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

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

Немного истории

(краткое изложение проекта измельчения)

Руда месторождения имеет значительную твердость, 70% её составляющей – кварц, около 25% – полевой шпат. Коэффициент крепости горной массы колеблется в пределах 13–17 по шкале Протодьяконова. Ценный компонент – серебро и золото – представлен в виде электрума и имеет, как уже говорилось, чрезвычайно тонкую вкрапленность. Эти особенности обуславливают высокие требования к работе цикла измельчения и качеству помола, которые были заложены при проектировании.

Табл. 1    Значение полученных рабочих индексов при тестировании образцов
различных участков месторождения


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 при создании цикла дробления и измельчения. Генеральным подрядчиком при проектировании и строительстве рудника была компания Dave International. 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 (Metso Minerals). Проводились промышленные испытания на Омсукчанской, Карамкенской золотоизвлекательных фабриках. Для проектирования цикла измельчения мельницы МПСИ привлекалась компания Minnovex Technologies, специализирующаяся на проектировании схем измельчения в мельницах полусамоизмельчения для выполнения теста SPI (индекс определения потребления электрической энергии для мельницы МПСИ) [1].



Рис. 3    Мельница МПСИ Marsy (Metso Minerals) 61)27

c резинометаллической футеровкой Poly-Met

 

Значение полученных рабочих индексов при тестировании образцов различных участков месторождения представлены в табл. 1.

Выбранная схема измельчения (мельница МПСИ – шаровая мельница МШ) является наиболее популярной 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.

На рис. 2 представлен график динамики роста суточной производительности ЗИФ по годам работы.

Первая проблема, с которой столкнулись после запуска, это частые забивания в бункерах дробильного отделения. На её устранение 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 сказывалось на производительности операции измельчения. Этот факт, а также невысокий коэффициент использования оборудования самой ЗИФ, объясняют низкую суточную производительность первого и второго годов работы (в 1998 году 81.02 т/ч работы мельницы МПСИ).

В 1999 году, уменьшив величину максимального куска в питании мельницы МПСИ (рис. 1) и увеличив, максимально возможно, шаровую загрузку до 12–13%, 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-молебденовой футеровкой (твердость около 350 по шкале Бринелля), а шаровая МШ – резиновой.

Существует много критериев для оценки эксплуатационных качеств футеровки мельниц: время работы, с точки зрения часов или переработанных тонн, потеря веса 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 потерянное производство во время простоя оборудования. В современной рыночной ситуации снижение простоя мельницы, порой даже на 2–3%, может экономически приравниваться или превзойти сумму годовых затрат на замену футеровки мельниц.

При замене металлической футеровки существует ряд факторов, замедляющих процесс перефутеровки мельницы, а значит, увеличивает её простой:

-    большой вес футеровочных плит, решеток и лифтеров создают дополнительную сложность при их демонтаже и установке;

-    опасность при работе с тяжелыми деталями;

-    при работе мельницы большое количество металлического скрапа забивает достаточно большие щели между футеровочными плитами (от 9 до 12 мм). Ко времени замены бронеплит они соединены (склепаны) друг с другом так прочно, что их трудно демонтировать.

Табл. 2    Время работы различных футеровок

На ЗИФ ГОКа «Кубака» при замене металлической Сr-Mo футеровки использовался манипулятор. Тем не менее, времени на замену футеровки по барабану мельницы МПСИ 61(27 уходило около 60 часов.

Дополнительными экономически негативными факторами при использовании металлической футеровки являются затраты на доставку тяжелых деталей на отдаленный участок и большое количество остаточного металлолома при замене футеровки.

В 1999 году поступило предложение от фирмы Metso Minerals на испытания резинометаллической футеровки Poly-Met. В феврале 2000 года было принято решение в качестве эксперимента перейти на резинометаллическую футеровку (рис. 3).

Работа на резинометаллической футеровке

Основные конструктивные отличия при использовании резинометаллической Poly-Met и металлической (Cr-Mo) футеровок, а также время работы комплекта на золотоизвлекательной фабрике ГОКа «Кубака» представлены в табл. 2.

В табл. 3 представлены основные показатели работы циклов измельчения ЗИФ ГОКа «Кубака» за 1999 год (с использованием металлической футеровки на первой стадии). Показания работы цикла измельчения с использованием футеровки Poly-Met даны средние за 2000–2003 годы.

За первый год работы на резинометаллической футеровке Poly-Met суточная производительность составила 2341 т. Повышение произошло, главным образом, за счет уменьшения времени остановки мельницы на замену изношенной футеровки и уменьшения веса мельницы (разница в весе 61828 кг), это позволило увеличить количество шаровой загрузки.


Рис. 4    Динамика изменения коэффициента
использования оборудования

Новая задача, поставленная работниками ЗИФ и Metso Minerals, заключалась в уменьшении числа остановок на замену футеровочных плит и повышения коэффициента использования оборудования. При работе мельницы наблюдался локальный износ отдельных частей футеровки. Была изменена конфигурация элементов футеровки, крепление, угол наклона и высота лифтеров. Выработана оптимальная схема-график остановок на замену футеровки. Благодаря плодотворной совместной работе со специалистами компании Metso Minerals время работы ЗИФ без остановок на замену изношенных деталей увеличено на 37.5%. Коэффициент использования оборудования достиг 97.13% (рис. 4), это лучший показатель в мире на мельницах и руде подобного типа. Количество потребляемой электроэнергии мельницы МПСИ уменьшено примерно на 5% (около 800 тыс. кВт в год). Уменьшен вес футеровки, доставляемой на отдаленный участок. Необходимо отметить, что стоимость комплекта футеровки существенно не изменилась.

Табл. 3    Основные показатели работы циклов измельчения ЗИФ ГОКа «Кубака»

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


Рис. 5    Мельница МПСИ Marsy (METSO) 61)27
с резинометаллической футеровкой Poly-Met
и шаровой загрузкой

Выводы

1.    Опыт ЗИФ «Кубака» доказывает, что резинометаллическая футеровка Poly-Met для мельниц полусамоизмельчения не только не уступает, но и превосходит хром-молебденовую футеровку по своим рабочим характеристикам.

2.    Благодаря снижению веса футеровочных плит при использовании резинометаллической футеровки, действует ряд экономически выгодных факторов: снижение потребления электроэнергии, снижение расхода мелющих шаров, возможность увеличения шаровой загрузки.

3.    Оптимизация графика остановок для замены футеровки, применение конструктивных решений для равномерного износа, учет особенностей эксплуатации конкретной мельницы на конкретной руде, дают ощутимый экономический эффект.

4.    При экономической оценке процесса измельчения необходимо учитывать как непосредственные затраты на измельчение, так и потерянную прибыль при остановке мельниц на обслуживание.


Экономические показатели работы любой футеровки мельниц надо рассматривать в совокупности с работой самой мельницы, как с точки зрения затрат на процесс измельчения, так и потерянного производства при техническом обслуживании мельниц. 

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" №3 2004