Сообщение о новых технологиях добычи руды
Обновлено: 02.07.2024
Что может быть нового и научного в технологиях добычи полезных ископаемых на россыпных и осадочных месторождениях алмазов, золота, платины, янтаря, фосфоритов.
Сотни лет ведется разработка столь важного в мире сырья, месторождения истощаются, увеличивается глубина добычи, уменьшается концентрация полезного компонента на 1 м3 вынимаемых вмещающих его пород. Если не предлагать горной промышленности новые техические разработки в этой области, человечество может однажды остаться без столь важных промышленности и повседневной жизни материалов.
Вот в таких случаях на помощь горнякам приходят геотехнологические сособы добычи полезных ископаемых, в частности – скважинная гидродобыча (СГД). Способ заключается в бурении технологических скважин, вскрывающих россыпное или осадочное месторождение того или другого полезного компонента, установку в скважины высоконапорного гидромонитора, размывающего полезный пласт и превращающего породы и воду в гидросмесь, элеваторного или эрлифтного подьемника гидросмеси на поверхность к перерабатывающему или обогатительному комплексу.
Оборудование для СГД может быть выполнено в стационарном, модульно-передвижном и мобильном виде. По производительности такие комплексы могут соперничать с открытыми горными разработками, но, как правило, ограничиваются 150-600 м3/ч по пульпе.
На сегодняшний день СГД особо важна при добыче россыпного золота в Монголии, Центральной Африке и России, сапфиров и рубинов - в странах Ю-В Азии, лунного камня, сапфиров, рубинов, др. – на Шри Ланка, алмазов – в Якутии, на Мадагаскаре, в африканских странах. Скважинная гидродобыча позволяет эффективно отрабатывать участки месторождений на больших глубинах, с малым содержанием полезного компонента, на незначительных площадях его распространения, в труднодоступных районах…
Себестоимость добычи данным методом в несколько раз ниже традиционных: подземной и открытой разработки. Капитальные вложения - в десятки раз ниже общепринятых.
Не зря к таким способам добычи полезных ископаемых сегодня обращаются в се чаще и чаще. СГД набирает популярность, усовершенствуется и может быть применено даже малым и средним бизнесом.
Так, например, для добычи обводненных строительных песков в Курской области с глубины до 20 м при мощности вскрышных пород 6-8 м и продуктивного пласта - 12-14 м рационально был использован модульно-передвижной комплекс на базе бурильно-крановой техники УБМ-85-17 и гидромонитора АД-300. Достигнута производительность по песку – 45-60 м3/час. Себестоимость песка составила не более 120 руб/м3. Капитальные вложения в добывающе-обогатительный комплекс составили не более 18 млн. рублей.
Сегодня Центр по сапропелю выполняет ряд проектов по СГД россыпного золота в Монголии, алмазов – в России, сапфиров и рубинов – в Камбодже.
Работы проходят успешно, везде достигнуты проектные показатели. Из этого следует, что СГД россыпных и осадочных полезных ископаемых приобретает всеобъемлющий характер и является одним из перспективных методов освоения природных богатств на планете.
Новые методы добычи руды
Разработки в области проветривания горных выработок
Главный способ борьбы за создание нормальных условий труда горнорабочих под землей – хорошо организованное проветривание выработок. Организация рационального проветривания урановых рудников и шахт – дело сложное и многогранное, требующее зачастую интуитивных решений и, в первую очередь, научно обоснованного подхода к этому важнейшему производственному процессу. В отличие от других смежных горнодобывающих отраслей здесь преобладающим является радиационный фактор.
За прошедшие годы предложен и целый ряд мероприятий по борьбе с радоном под землей. В их числе разделение отработанного пространства специальными резиновыми перемычками, применение специальных установок – деэмониторов – для удаления радона из шахтных вод в месте их выхода в горную выработку, исключение размещения рабочих мест на исходящей вентиляционной струе, внедрение специальных нерадонообильных систем отработки и многое другое.
Сейсмические и другие исследования
При отработке проектируемого Эльконского урановорудного поля на глубине 600-800 метров от поверхности можно ожидать проявлений горных ударов под землей.
Для прогнозирования этого процесса совместно с учеными Геофического центра РАН предложено создание на поверхности специального геодинамического полигона. Дело в том, что разрушительные последствия горизонтальных подвижек земной коры гораздо опаснее, чем вертикальных. Следить за такими подвижками можно с помощью космической геодезической системы ГЛОНАСС, реагирующей на мельчайшие перемещения специальных металлических реперов, установленных в скальных породах на земной поверхности.
К этим исследованиям логично примыкают и проводимые в настоящее время инженерно-сейсмические изыскания, нацеленные на определение сейсмической опасности (балльности) площадок Эльконского горно-металлургического комбината, предложенных для строительства.
В последнее время в институте начало развиваться горнотехническое компьютерное моделирование, позволяющее видеть практически все технологические процессы горного производства и спроектировать или откорректировать их на математической модели.
Радиационные технологии
К ним также следует отнести:
Автор
1. Абрамов A.A., Авдохин В.М., Морозов В.В. Моделирование и контроль флотационного обогащения комплексных руд // Материалы 7-го регионального симпозиума АПКОМ. – М.: МГГУ, 1997. – С. 273–277.
2. Азарян A.A., Вызов В.Ф. Кузьменко А.Б. Разработка методов и средств оперативного контроля качества минерального сырья при его добыче и переработке // Горный журнал. – 2002. – № 3. – С. 65–68.
3. Автоматизация технологических процессов на горнорудных предприятиях. Справочное пособие / под ред. B.C. Виноградова. – М.: Недра, 1984. – 359 с.
6. Лексин В.Н., Токарева Г.М. Экономика комплексного использования сырья в цветной металлургии // Металлургия. – 1976. – 224 с.
Применяемые в настоящее время технологии обогащения руд цветных металлов требуют значительного совершенствования, что обусловлено снижающимся содержанием ценных компонентов и усложнением минералогического состава. Повышение эффективности обогащения минерального сырья, снижение материальных затрат на переработку, повышение экологической безопасности горно-обогатительного производства требуют разработки и применения научно обоснованных методов автоматического контроля и регулирования технологического процесса.
Особенно актуальна данная задача для медно-молибденовой подотрасли цветной металлургии, характеризующейся наиболее низкими содержаниями ценных компонентов в рудах, значительными колебаниями их физико-химических свойств и обогатимости.
Эффективным направлением решения проблемы повышения эффективности обогатительного производства, с использованием адаптивных систем автоматического регулирования, в т.ч. экспертных и оптимизационных, являются разработка и использование физико-химических моделей основных процессов обогащения. Использование многоуровневой модели позволяет решить задачи оптимизации используемых и разработки новых методов управления процессами флотации, выбора управляющих алгоритмов и определения оптимальных условий их применения. Использование многоуровневой модели процесса флотации позволяет решить задачи выбора методов и средств контроля параметров технологического процесса. Важным условием оптимизации процесса флотационного обогащения является разработка научно обоснованных критериев эффективности, базирующихся на экономических принципах и использующих знания закономерностей процесса флотации.
Впервые А.А. Абрамовым разработана динамическая многоуровневая модель процесса коллективной медно-молибденовой флотации, в которой управляющими воздействиями являются схема и продолжительность процесса флотации, расход, плотность и уровень пульпы, расход воздуха и флотационных реагентов; учитываются возмущающие параметры – содержания металлов, технологические свойства руды, активность флотационных реагентов; адаптивно настраиваемыми параметрами являются флотируемость фракций минералов и ионно-молекулярный состав пульпы. Использование модели как средства адаптации в системе управления процессом обогащения позволяет повысить эффективность процесса, оптимизировать его технико-экономические параметры – извлечение ценных компонентов, качество концентратов [1].
Разработан новый метод типизации руд и производственной ситуации по значениям контролируемых параметров процесса обогащения, предполагающий использование многоуровневой модели флотации в динамическом режиме для генерации базы данных с целью идентификации свойств перерабатываемой руды.
А.А. Азаряном был разработан новый метод выбора схем, алгоритмов и средств измерений в системе адаптивного управления, предполагающий критериальную оценку эффективности технологического процесса в динамическом режиме, задаваемом многоуровневой моделью флотации [2]. Практическая значимость представляется с использованием многоуровневой модели процесса флотации определены оптимальные значения щелочности пульпы, концентраций флотационных реагентов, параметров работы обогатительного оборудования для различных типов медно-молибденовых руд, используемые в качестве функций – задатчиков в системах адаптивного управления [3].
В.М. Авдохиным разработана структура систем автоматизированного управления процессом флотационного обогащения медно-молибденовых руд переменного состава, использующих модельно-ориентированный адаптивный алгоритм управления реагентным режимом коллективной флотации на основе непрерывного контроля состава твердой и жидкой фаз флотационной пульпы [1].
По мнению Б.А. Кузьменко комбинирование статистических и физико-химических методов позволяет использовать накопленные знания о природе протекающих при флотации физико-химических процессов, a также использовать полученную из экспериментов информацию о наиболее устойчивых связях между исследуемыми процессами [2].
При разработке модели и оценке значимости влияния на конечные технологические показатели регулируемых и нерегулируемых параметров были сделаны допущения и ограничения:
– количество переменных в регрессионных уравнениях выбирается таким, чтобы обеспечить 96 %-ную плотность корреляционного соотношения;
– коэффициенты регрессионных уравнений определялись в области нормально-оптимального течения процесса флотации;
– степень регрессионных уравнений не должна быть выше второй;
– рабочее пространство флотационной машины разделялось на зону основной – контрольной флотации и зону перечистки пенного продукта.
Выполнение этих условий обеспечивает достаточную конечную точность и устойчивость модели.
Научный подход к экономической оценке полезных ископаемых в нашей стране начал формироваться с конца 30-х годов. Постановка проблемы и создание методических основ экономической оценки ресурсов недр связана с именами А.В. Хачатурова, М.И. Агошкова. К.Г. Гофмана, Н.А. Хрущева. В соответствии с разработанной в те годы методологией под экономической оценкой месторождений понималась денежная оценка запасов, определенная на основе цены на полезное ископаемое, затрат на вовлечение месторождения в эксплуатацию и величине эффекта, получаемого от эксплуатации запасов [4].
Для экономической или стоимостной оценки минерального сырья применялась временная типовая методика экономической оценки месторождений. Под экономической оценкой месторождений полезных ископаемых понималась разность между ценностью продукции, получаемой из запасов конкретного месторождения, и суммарными эксплуатационными и капитальными затратами на ее получение за весь период отработки месторождения с учетом фактора времени. Данный подход к оценке месторождений полезных ископаемых сохранился до настоящего времени и, с корректировкой на рыночные условия добычи и реализации сырья, может применяется для определения стоимости месторождений полезных ископаемых [5].
Ставка дисконтирования принимается равной приемлемой для инвестора норме дохода или отдачи на капитал. Ставка дисконтирования устанавливается на таком уровне, который позволяет инвестору не только компенсировать риск, но и получить требуемую прибыль [6].
В состав затрат, учитываемых при расчете стоимости месторождения могут включаться затраты на геологоразведочные работы, проводимые за счет средств инвестора, затраты на транспортировку сырья до станции или порта отгрузки (франкирование цены на транспортоемкое сырье), затраты на рекультивацию земель, a также затраты на компенсацию экологического вреда и страхование рисков причинения ущерба природной среде [7].
Структура затрат по основным элементам включает: материалы; топливо; энергия, пар, вода; заработная плата; амортизационные отчисления; транспортные расходы; услуги по капитальному ремонту; услуги по текущему ремонту; прокат, лизинг, аренда; прочие. В зависимости от целей оценки в состав издержек либо включаются, либо не включаются налоги, и иные платежи, связанные с добычей и использованием полезных ископаемых.
Учитывая особенности объекта исследования, рассматривая добычу медной руды можно сказать, что при традиционной технологии добычи руды является не эффективным. Для этого стоит поменять метод добычи руды с традиционной технологии на циклично–поточную технологию и, следовательно, сделать перерасчет соответствующий данному методу.
Основными задачами являются:
– провести анализ добычи руды традиционным методом;
– проанализировать метод добычи руды по циклично-поточной технологии;
– провести экономическую оценку по методу циклично-поточной технологии.
Глубина существующего карьера составляет около 460 метров. Размеры карьера по поверхности: длина с юга на север 2,3 км, ширина с запада на восток 1,6 км. Добыча руды планируется открытым способом. Переработка руды будет производиться на Балхашской обогатительной фабрике. В среднем потери при добыче составляют 1 %, разубоживание – 4 %.
Циклично-поточная технология применяется когда:
– себестоимость сырья выросла;
– добываемая из глубин руда обеднела;
– затраты на транспортировку выросли.
Преимущества циклично – поточной технологии по сравнению с традиционной технологией:
1) удельное энергопотребление на карьерах по сравнению с цикличной технологией ниже на 14 – 16 %;
2) уменьшение технологических простоев (увеличение резерва для дальнейшего наращивания производительности);
3) резкое уменьшение количества автосамосвалов;
4) сокращение расстояния при перевозке горнорудной массы автомобильным транспортом (уменьшение расхода горюче-смазочных материалов, пробега);
5) в 1,5–2 раза повышается производительность труда рабочих;
6) снижается себестоимость добычи руды на до 30–40 %;
7) полностью компьютеризирована система управления ЦПТ от нижнего до верхнего уровня;
8) внедрение ЦПТ с крутонаклонным конвейером открывает возможность продолжения разработки месторождения открытым способом до глубины порядка 1000 м;
9) возможность распространения на подземную разработку, в частности при вскрытии новых горизонтов.
Минусы традиционной цикличной технологии является тот факт, что с постоянным увеличением глубины карьеров и ростом расстояния транспортирования горной массы эксплуатационные расходы будут расти, a производительность начнет снижаться.
Процесс циклично-поточной технологии включает:
– погрузочные работы одноковшовым экскаватором;
– транспортировка горной массы к дробильно-перегрузочному комплексу и выгрузка руды в бункер;
– высыпка продробленной руды на ленточный конвейер (ширина 1200–1600 мм) и доставка ее по крутонаклонному ленточному конвейеру на поверхность земли.
Если говорить о традиционной технологии добыче медной руды, то предстоящая реконструкция карьера предусматривает автомобильную вывозку руды и вскрыши из карьера. В качестве технологического горнорудного оборудования выбрана техника более высокого качества и производительности Казахстанского, Российского производства и зарубежных компаний. Оборудование обогатительной фабрики укомплектовано на получение катодной меди с месторождения Конырат [8]. Состав оборудования представлен в таблице.
Человечество, по оценкам археологов, научилось обрабатывать железную руду и изготавливать из нее различные изделия еще за 3000 лет до н.э.
В разных странах железная руда обрабатывалась с применением сложных техник, и на протяжении веков люди только совершенствовались в ее обработке и ковке. С течением времени добыча железной руды увеличивалась, и производство качественных изделий выросло до такого уровня, что они стали доступны всем.
На каждом временном этапе человечество использовало железные руды, которые можно было перерабатывать с экономической выгодой на оборудовании того времени: в первом тысячелетии в обработку шли только руды с содержанием железа не менее 80-90%. Но чем более совершенной становилась техника и способы добычи железной руды, тем более бедные железные руды находили использование.
В современном мире отрасли, где железная руда находит постоянное применение – это сталелитейное производство, выплавка чугуна, производство ферросплавов и труб.
Добыча железной руды в мире
В настоящее время все железорудные месторождения делятся по степени содержания Fе на богатые, (57% содержания железа в общей рудной массе) и бедные (не менее 26%). А сама железная руда подразделяется на рядовую (аглоруду), в ней содержание железа находится на среднем уровне, окатыши – это сырая железосодержащая масса, и сепарированная руда с самым низким содержанием железа в общей массе.
К особому типу руды можно отнести магнитный железняк с 70% содержанием окиси и закиси железа. Районом добычи такой железной руды в России является Урал, горы Благодать, Магнитная.
В Норвегии, Швеции тоже имеются такие месторождения. В США магнитный железняк добывают в штате Пенсильвания, но лучшие месторождения по добыче железной руды в этой стране уже фактически выработаны, остались месторождения с рядовым содержанием руды (до 40-50%), такая же ситуация на месторождениях Украины и России.
По этой причине, многим странам, лидирующим по добыче железной руды, приходится постоянно совершенствовать технологии переработки сырья. Богатые месторождения в последние годы найдены только в Австралии, имеются они в Канаде и Мексике. При этом Северная Америка и Западная Европа в суммарном количестве по добыче железной руды уступают Австралии, которая на протяжении нескольких лет является лидером по добыче железной руды.
Такие страны как Германия, Великобритания и Бельгия вынуждены были отказаться от разработок собственных месторождений, поскольку сырье, которое там добывается, относится к третьей группе и его дальнейшая переработка очень затратна. В этих странах добыча железной руды проводилась открытым способом. Прежде всего, при такой разработке бедных месторождений наносится большой ущерб окружающей среде, поскольку на каждую тонну добытого чистого железа, приходится несколько десятков тонн промышленных пустопородных отвалов.
Технология добычи железной руды
На карьере, где на небольшой глубине залегает пласт железорудных пород, проводится выемка верхних слоев грунта на глубину около 500 метров. После того, как верхний слой убран, руду при помощи спецтехники выбирают и вывозят с карьера на перерабатывающие предприятия. Экономическая выгода для производителей в этих странах снижается из-за низкого качества руды, требующей обогащения. Это влечет за собой дополнительные финансовые затраты, а необходимость проводить дорогостоящие восстановительные мероприятия на месте разработки делают добычу таких ископаемых нерентабельной.
В результате такие страны как Франция и Германия на протяжении многих лет входят в десятку стран импортеров железной руды и продуктов ее первичной переработки. Поставки в основном осуществляются из азиатских стран, а также России.
В азиатских странах богатыми месторождениями располагает Индия. В Южной Америке основным местом по добыче железной руды является Бразилия, которая имеет железорудные месторождения с 60% содержанием железных руд и успешно развивает профильные предприятия.
КНР, не смотря на то, что по оценкам специалистов, имеет большие, но бедные месторождения, все равно проводит переработку этой руды. В 2009 году Китай лидировал в сфере экспорта железорудного сырья. В общей мировой добыче железной руды на долю этой страны приходилось 1/3 всего сырья. В сравнении с серединой 20 века основная добыча руды для черной металлургии сместилась из Западной Европы в Азию, Южную Америку и Восточную Европу. На долю азиатских стран в настоящее время приходится около 55% всей добычи.
При этом потребность промышленности в добыче железной руды во всем мире год от года только возрастает. Некоторые страны с развитым автомобильным и промышленным производством, такие как Япония и Южная Корея не имеют своих месторождений. По этой причине становится важным внедрение новых технологий, позволяющих снизить экономические затраты при добыче железорудного сырья. Страны мира, обладающие существенными запасами залежей железной руды, ищут новые технологии обогащения добытого сырья.
На сегодняшний день почти 100 стран имеют такие сырьевые, потенциально готовые к разработке месторождения. На долю Америки (и Северной, и Южной) приходится примерно 267 млрд. тонн, на долю России – 100 млрд. тонн, азиатские страны располагают залежевыми запасами в 110 млрд. тонн, Австралия и Океания (в совокупности) – 82, в Африке около 50 млрд. тонн, в Европе – 56 млрд. тонн.
При этом в пересчете на содержание железа в руде Бразилия и Россия имеют одинаковые в процентном соотношении к общемировым запасы. Каждая из этих стран располагает 18% запасов. Третье место в этом рейтинге принадлежит Австралии с 14 %, четвертое место занимает Украина – 11 %, КНР имеет запасы в 9%, Индия – 5%. Самый маленький запас по содержанию железа в руде из нынешних активных разработчиков месторождений имеют США, всего 3%.
Переработка сырья проводится различными способами: страны Западной Европы, и США благодаря новым научно-техническим методам обогащения бедного сырья добиваются получения конечного продукта лучшего качества. Они проводят агломерацию сырья, но тут следует учесть, что такое сырье не подлежит перевозке и должно перерабатываться на внутреннем рынке.
В вопросе добычи железной руды выигрывают страны производители, поставляющие на экспорт железорудные окатыши, технологии добычи при этом не отличаются от общепринятых, но сырье проходит предварительную обработку. Железорудные окатыши легко транспортировать, а затем на месте, это сырье, благодаря современным технологиям, легко восстанавливается в чистое железо и поступает в дальнейший промышленный процесс.
Читайте также: