CC BY
169
Науки о земле
УДК 622.2
Лизункин Царев Фёдоров
Владимир Михайлович Сергей Алексеевич Юрий Олимпиевич
Lizunkin Vladimir
Tsaryov Sergey
Fyodorov Yury
РЕНТГЕНОРАДИОМЕТРИЧЕСКАЯ СЕПАРАЦИЯ - ПЕРСПЕКТИВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
X-RAY RADIOMETRIC SEPARATION IS PERSPECTIVE DIRECTION OF EFFECTIVENESS INCREASE OF MINING
Представлен анализ применяемых в горной промышленности методов предварительного обогащения руды. Определено перспективное направление - рентгенорадиометрическая сепарация. Использование метода позволит повысить эффективность разработки месторождений полезных ископаемых и расширить сырьевую базу горнодобывающих предприятий
The article includes analysis of preparatory concentration methods used in mining. The perspective direction is determined, it is X-ray radiometric separation. The use of the method enables effectiveness increase of mining and allows to extend source of raw materials of mining enterprises
Ключевые слова: взрывная сортировка, грохочение, Key words: explosive assortment, screening, preparatory предварительное обогащение руды, порода, разработ- concentration, rock, mining, X-ray radiometric separation, ка месторождений, рентгенорадиометрическая сепа- sorting, heavy-media рация, рудоразборка, тяжёлые среды
Современные условия освоения ме- в геологической руде и усложнению горно-
сторождений полезных ископаемых геологических и горно-технических условий их
характеризуются устойчивой тенденцией к разработки. Это приводит к ухудшению техни-
снижению содержания полезных компонентов ко-экономических показателей действующих и
проектируемых горноперерабатывающих предприятий. При этом ряд месторождений вообще не вовлекается в отработку вследствие их низкой или отрицательной рентабельности.
Использование традиционных технологий добычи и обогащения не позволяет на многих месторождениях добывать руду в объёме и с качеством, обеспечивающим прибыльную работу предприятия.
Решить проблему вовлечения в освоение низкорентабельных месторождений, отвалов бедных и забалансовых руд, а также повысить эффективность работы предприятий на эксплуатируемых месторождениях возможно, как показывает практика, за счёт широкого внедрения предварительного обогащения.
В мировой и отечественной практике при разработке месторождений полезных ископаемых используются различные виды предварительного обогащения (предварительной концентрации) добываемой руды:
- ручная рудоразборка;
- сортировка на грохотах;
- разделение в тяжёлых средах;
- сортировка при взрывных работах;
- радиометрическая сортировка.
Применение сортировки добытой рудной
массы определяется исключительно экономической целесообразностью и технологическими характеристиками руды. Предварительное обогащение используется на предприятиях различной производительности при добыче разнообразных полезных ископаемых, практически, с начала истории горных работ и до сегодняшнего дня. Широко использовалась ручная сортировка в сочетании с использованием грохотов вплоть до второй половины ХХ в. Рудник «Робинсон Дип», Южная Африка, производительность 1 400 тыс. т, содержание 8,23 г/т, отсортировывалось 16,6...25 % породы, что увеличивало содержание в руде, поступающей на переработку, на 21 %; рудник «Моро Вельхо», Бразилия, производительность 250 тыс. т, содержание 14,4 г/т, удаление 5 % пустой породы обеспечило повышение содержания в руде на 8,6 %; рудник «Чемпион Риф»,
Индия, производительность 150 тыс. т, содержание 15,3 г/т, рудоразборкой удаляется около 8 % примешанной при добыче породы, содержание в руде поднимается на 10 %; рудник «Аляска-Джюно», производительность 4 млн т, содержание 1,3 г/т, перед фабрикой отсортировывалось до 40 % пустой породы с повышением содержания в руде на 42 % и мн. др. [1].
В России на предприятиях, разрабатывающих месторождения рудного золота, редких металлов и других полезных ископаемых, использующих методы предварительного обогащения, отсортировывалось и отсортировывается 5...30 % пустой породы. На Качкарском руднике отсортировывается 5.25 %; в ГОКе «Балейзолото» рудоразборкой удалялось до 10.20 %; на Первомайском руднике 20 %, объединении «Мамслюда» до 80.85 % и др. [1, 2].
Ручная рудоразборка (сортировка) основана на разделении руды и породы по крупности куска и цветовым признакам. Хорошие результаты даёт сортировка руд, в которых минеральное вещество находится в виде крупных включений в жильной породе, например, при разработке рудных месторождений олова, вольфрама, молибдена, слюды и т.п.
Большое значение на качество процесса оказывает предварительная (перед сортировкой) обмывка рудной массы, поступающей в рудоразборку, водой.
При ручной рудосортировке, как правило, выданная руда подвергается грохочению. Мелочь проваливается сквозь ячейки грохота (класс -20, -50 мм) и идёт в руду на фабрику. Материал крупностью +25, +50 мм поступает на движущийся конвейер или вращающиеся круглые рудоразборные столы (диаметром 4.7 м), где и происходит ручная рудоразборка. Основное достоинство - простота как в техническом оснащении, так и в организации работ. Но сортировка по крупности решается более производительным и эффективным методом грохочения, а визуальная сортировка не всегда возможна при слабом или полном отсутствии различий цветовых признаков руды и
породы, особенно учитывая загрязнённость кусков горной массы. Малая производительность и низкая эффективность обуславливает всё меньшее применение данного способа предварительного обогащения.
Сортировка на грохотах применяется для выделения из общей горной массы кусков породы или бедной руды при отсутствии или существенном снижении содержания полезного компонента в кусках определённого размера. В основном это разделение создаётся искусственно при производстве взрывных работ при отработке маломощных рудных тел и вследствие природных различий руды и вмещающих пород.
При отработке маломощных рудных тел, когда мощность жилы меньше допустимой ширины (высоты) рабочего пространства, вместе с рудой отбиваются вмещающие породы. При производстве буровзрывных работ обеспечивают получение разных по крупности кусков руды и пустой породы. Сортировка может начинаться в забое рудника и целесообразна, если применяемые системы разработки допус-
кают возможность рудоразборки. Такими системами для крутопадающих жил являются система разработки с креплением и закладкой горизонтальными слоями или только с закладкой; система с раздельной отбойкой по жиле и пустой породе; система с распорной крепью при наличии полков или отдельных скатов для спуска породы. Однако вследствие неблагоприятных условий (плохая освещённость, загрязнённость, теснота очистного пространства) основной объём сортировки осуществляется на поверхности на грохотах.
Метод достаточно прост, но не позволяет контролировать содержание полезного ископаемого в отсортировываемой горной массе в процессе выполнения работ. Более широкое применение возможно и производится в сочетании с другими способами предварительного и основного обогащения.
Ручная сортировка и сортировка на грохотах часто технологически дополняют друг друга и используются совместно. При этом технологическая схема выглядит следующим образом (см. рисунок).
Схема рудоразборки
Доставленная на поверхность рудная масса с эстакады рудника поступает в бункер, откуда через питатель и транспортёр - на грохот (чаще вибрационный или качающийся) для отделения мелочи. Расстояние между колосниками грохота от 9 до 20.25 мм и принима-
ется в зависимости от свойств руды - сухой или мокрой, крупности, засорённости пустой породой и пр. При 20-миллиметровом грохоте и руде из маломощных сульфидных жил, вследствие хрупкости сульфидов, может отсеиваться до 40 % рудной мелочи. Содержа-
ние в ней часто на 15.20 % выше, чем в рудной массе.
Отделение примешанных в процессе добычи пустых пород от полезного ископаемого с помощью предварительного обогащения в тяжёлых средах основано на различной плотности разделяемых компонентов и тяжёлой среды. Метод может быть применён для руд чёрных и цветных металлов, фосфатных руд, строительного щебня и для всех видов твёрдых горючих ископаемых (углей, антрацитов, сланцев).
Он получил наибольшее распространение при обогащении углей. В бывшем СССР и России по объёмам уступает только процессу в отсадочных машинах, а в ряде стран является доминирующим. При разработке рудных месторождений используется как в общем обогатительном процессе на фабрике, так и для предварительной сортировки руды.
При погружении рудной массы в среду промежуточной плотности получается две фракции (осевшая и всплывшая), в одной из которых сосредотачиваются полезные минералы, а в другой - пустая порода. Сортировке подвергается материал 6.300 мм. Суспензии готовят из смеси тонкоизмельчённых твёрдых частиц и воды. Плотность суспензии регулируется концентрацией в ней утяжелителя. Для снижения вязкости и улучшения свойств суспензий используется гранулированный ферросилиций, а также вводятся специальные химические реагенты - стабилизаторы или пепти-заторы [5].
Для предварительной сортировки руды метод предварительного обогащения в тяжёлых средах практически не находит применения: использование водных растворов в холодное время требует наличия отапливаемых помещений значительного объёма; относительно высокая стоимость суспензий; незначительная в большинстве случаев разница плотности руды и разубоживающих пород; повышенная экологическая опасность для окружающей среды в связи с использованием в процессе токсичных тяжёлых сред и необхо-
димость их регенерации.
Взрывосортировка производится при очистной выемке посредством применения специально разработанной технологии буро-взрывных работ. Она предусматривает максимальную концентрацию взрывчатого вещества (ВВ) в породе и минимальную в руде и последовательное их взрывание. В результате чего порода отбрасывается от забоя, а руда разрыхляется и остаётся на месте. Порода может быть оставлена в выработанном пространстве, выдана на поверхность, использована для производства закладки или в других целях. Область применения при подземной добыче та же, что и при сортировке на грохотах, описанная ранее. Вследствие необходимости постоянного контроля параметров буровзрывных работ в изменяющихся горно-геологических условиях и сложностью его использования при разработке месторождений, представленных разносортными рудами, находит весьма ограниченное применение, преимущественно при отработке пологих и наклонных жил (до 30 0) [3].
Радиометрические методы сепарации основаны на использовании различных видов излучения для распознавания ценных компонентов в кусках полезных ископаемых: естественная радиоактивность, световое, рентгеновское, ядерное и электромагнитное излучения различных диапазонов. В России данное направление объединено понятием «автоматические методы покусковой сепарации руд», или «радиометрические методы обогащения» [4].
Эти методы широко распространены в урановой и алмазной промышленности. Для этого применяются радиометрические сепараторы, работающие по естественной радиоактивности и рентгенолюминесценции полезных минералов. С развитием радиометрических методов обогащения руд выделился метод рентгенорадиометрической сепарации (РРС).
Метод основан на зависимости интенсивности рентгеновской флуоресценции от концентрации химического элемента в образце (в частности, в куске горной породы). При облучении исследуемого материала потоком излу-
чения рентгеновской трубки возникает характеристическое флуоресцентное излучение атомов, которое пропорционально их концентрации в образце. Излучение регистрируется детектором и с помощью счетной электроники измеряется его интенсивность. Математическая обработка спектра позволяет получать количественные и качественные данные по составу материала.
Как показали многочисленные исследования, проведенные коллективами организаций («Иргиредмет», «ВИМС», «ВНИИХТ», «Меха-нобр», «ЦНИИолово», «ВНИИ-1»,НПО «Сиб-цветметавтоматика», НПО «Алмаззолотоавто-
матика»), а также в последние годы ООО «РА-ДОС» и ООО «ТЕХНОРОС» (г. Красноярск), РРС из всех радиометрических методов предварительного обогащения оказалась наиболее высокоэффективной, самой «сухой» и применимой для разнообразных полезных ископаемых: руды цветных, редких и благородных металлов (золото и серебро, платиноиды, редкоземельные элементы, олово, уран, вольфрам, марганец, хром), боксит, кварцит, магнезит, флюорит, нефелин, силлиманит, апатит, уголь, отходы металлургических производств (шлаки, футеровка) (см. таблицу) [4].
Основные объекты внедрения технологии РРС
№ п/п Объекты испытания и внедрения технологии РРС Месторождение, вид руды, материала Время внедрения, г. Кол-во устано- вок
1 Рудник «Холбинский», ОАО «Бурятзолото», Бурятия Зун-Холбинское, золотосодержащие забалансовые руды 1994-1995 2
2 НГМК, (Узбекистан) Кокпатас, золотосодержащие руды 1996-1998 4
3 ООО «Соврудник», Красноярский край Эльдорадо, золотосодержащие руды 1999-2000, 2000-2001 2 2
4 ЗАО «Руда», Чукотка Каральвеем, золотосодержащие руды 1999-2002 3
5 ОАО «Зун-Хада», НПО "Полиметалл", Бурятия Барун-Холбинское, золотосодержащие руды 1999-2001 2
6 ОАО «Высочайший», Иркутская область Верное, золотосодержащие руды 2001-2003 1
7 ОАО ТНК «Казхром», Казахстан Туровское, марганцевые руды 2000-2001 5
8 ОАО ТНК «Казхром», Завод ферросплавов, Казахстан Шлаки ферросплавного производства 1999-2006 7
9 ОАО «Донской ГОК», Казахстан Хромовые руды 1999-2006 7
10 Рудник «Черемшанский», Бурятия Черемшанское, кварциты 2001-2002 2
11 ОАО «Норильский никель», Красноярский край Медно-никелевые руды, шлаки никелевого производства 2002-2006 2
12 ОАО «СУБР», Свердловская область Красная шапочка, бокситовые руды 2003 технология РРС
Окончание таблицы
№ п/п Объекты испытания и внедрения технологии РРС Месторождение, вид руды, материала Время внедрения, г. Кол-во устано- вок
13 ОАО «АЛРОСА», Якутия Алмазосодержащие руды 2002 Технология РРС
14 ОАО «Гайский ГОК», Урал Летнее, медно-цинковые руды 2003-2005 3
15 ЗАО НПК «Геотехнология» Шануч, никелевые руды 2004-2007 4
16 ОАО «Святогор», Урал Медно-цинковые руды 2006-2007 6
17 ООО «ППГХО», Читинская область (ныне Забайкальский край) Стрельцовское, урановые руды 2007-2007, 2008 12
18 ООО «Хара-Шибирский сурьмяной комбинат», Читинская область (ныне Забайкальский край) Сурьмяные руды 2007 4
19 ООО «Токурский рудник», Амурская область Золотосодержащие руды 2007 2
20 ОАО «Гайский ГОК», Урал Медно-цинковые руды 2007 4
21 ООО «Торгово-промышленная компания «ТЕЧЕН», Китай Медные,молибденовые и полиметаллические руды 2007 2
Для сортировки используется в основном крупнокусковой материал, крупнее 20 мм (класс +20 мм). Для особо ценных руд и материалов нижняя граница машинных классов для сортировки может быть снижена до 3.5 мм.
Особое место в технологии РРС занимают золотосодержащие руды. Именно в этой области накоплен наибольший положительный опыт, изучено более 60 золоторудных месторождений и рудопроявлений, отработана оригинальная методология и технология.
Впервые в промышленных условиях метод рентгенорадиометрической сепарации был применён в 1994-1995 гг. на руднике «Холбин-ский» ОАО «Бурятзолото» и руднике «Коммунар» в Хакасии для предварительного обогащения золотосодержащих руд.
Многочисленные исследования, проведенные на различных типах золотосодержащих руд (кварцевые, сульфидные, смешанные, убогосульфидные, сланцевые и пр.), позволили установить целый ряд элементов, которые так или иначе связаны с золотом (или ассоциируются с ним).
В основном кварц и сульфидные минералы (пирит, халькопирит, сфалерит, галенит, арсенопирит, антимонит) чаще и надежней всего определяют наличие золота в куске. При этом сами эти минералы в РРС распознаются через элементы Fe, Cu, Zn, Pb, As и Sb.
Дополнительно выявлены антикоррелирующие с золотом элементы Ca, Sr, иногда Zr, Rb (элементы вмещающих пород), которые, наоборот, при наличии их в кусках сигнализи-
руют об отсутствии или малом количестве металла [4].
Таким образом, анализ известных способов предварительной сортировки показал, что для большинства руд цветных, редких и благородных металлов наиболее эффективной, экологически чистой и социально привлекательной является рентгенорадиометрическая сепарация (РРС). Данный метод позволяет при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах отсортировывать из рудной мас-
1. Трушков, Н.И. Разработка рудных месторождений [Текст] / Н.И. Трушков. - М.: Металлургиздат, 1947. - 546 с.
2. Ляхов, А.И. Технология разработки жильных месторождений [Текст] / А.И. Ляхов.
- М.: Недра, 1984. - 240 с.
3. Панфилов, Е.И. Взрывосортировка при разработке пологих жил [Текст] / Е.И. Панфилов, С.С. Арзуманян. - М.: ИПКОН АН
Коротко об авторах________________________________
Лизункин В.М., д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», Читинский государственный университет, заведующий горным отделом Института природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН служ. тел.: (8-3022) 322-925
Научные интересы: геотехнология (подземная) рудных месторождений, физико-химическая геотехнология
Царев С.А., канд. техн. наук, технический директор ООО «Г лобал Кредит Резерв» служ. тел.: 89148784711
Научные интересы: геотехнология (подземная) рудных месторождений, обогащение полезных ископаемых
Фёдоров Ю.О., канд. техн. наук, технический директор
ООО «РАДОС»,
служ. тел.: (83912) 581-163,
Научные интересы: обогащение полезных ископаемых
сы до 70 % пустой породы с высоким уровнем механизации и автоматизации процесса.
Однако масштабное внедрение РРС сдерживается отсутствием научно-методических основ по оценке (переоценке) разведанных запасов с учётом использования рентгенорадиометрической сепарации. Кроме того, отсутствуют рекомендации по эффективным технологиям при разработке месторождений полезных ископаемых с применением этого метода.
____________________________Литература
СССР, 1983. - 156 с.
4. Опыт и практика рентгенорадиометрической сепарации (РРС) золотосодержащих и других типов руд: информационные материалы [Текст] / Ю.О. Фёдоров и др. -Красноярск: Радос, 2008. - 47с.
5. Обогащение в тяжёлых средах // Горная энциклопедия в 5 т. - М., 1987. - Т. 3. - С. 530-531.
_________________________Briefly about authors
Lizunkin V., Dr. Sc. (Engineering), Professor, Head of "Underground Mining" Department, Chita State University, Head of Mining Department of Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology (SB RAS)
Scientific interests: geotechnology (underground) of ore deposits, physical-chemical geotechnology
Tsaryov S., Ph. D. (Engineering), technical manager of "Global Credit Reserve" Ltd.
Scientific interests: geotechnology (underground) of ore deposits, mineral beneficiating
Fyodorov Yu., Ph. D. (Engineering), technical manager of "RADOS" Ltd.
Scientific interests: mineral beneficating
