Инновационные технологии и оборудование в предварительном обогащении минерального сырья

В настоящее время публикуется много статей, авторы которых критикуют горнодобывающую промышленность за недостаточную инновационность. О причинах можно спорить, но несомненно, что с технологической точки зрения добыча и переработка минерального сырья развивается намного медленнее, чем другие отрасли и чем это возможно.

Фото: mclanahan.ru
Фото: mclanahan.ru

Уже не секрет, что ухудшение качества и истощение богатых запасов минерального сырья, а также необходимость применения высокопроизводительного оборудования в горнодобывающем секторе являются современными тенденциями.

Данные проблемы ставят перед предприятиями отрасли задачу применения новых технологий и оборудования переработки минерального сырья, так как традиционные обогатительные процессы не всегда позволяют извлекать ценные компоненты с приемлемыми технико-экономическими показателями.

Но, тем не менее, на инновации в горной промышленности тратится одна десятая от средств, которые выделяются для этих целей в нефтегазовой отрасли.

Краткая характеристика методов радиометрической сепарации и области применения
Краткая характеристика методов радиометрической сепарации и области применения

Среди инноваций, на которые стоит обратить внимание, применение технологии и оборудования предварительного обогащения, которое уже на стадии крупного или среднего дробления позволит вывести из процессов традиционного обогащения материал с отвальным содержанием полезного компонента.

Наиболее универсальными среди методов предварительного обогащения являются радиометрические, которые основаны на взаимодействии различных видов излучений (видимый свет, электромагнитные волны, рентгеновское излучение и т. д.) с веществом.

Универсальность методов радиометрического обогащения заключается в том, что они опробованы и успешно применяются при переработке практически всех видов твёрдого минерального и техногенного сырья, промышленных и бытовых отходов.

Краткая характеристика методов сепарации и задач, которые они позволяют решать, приведена в таблице. Отметим, что указанные технологические задачи наиболее часто встречаются и не учитывают некоторых специфических целей сепарации.

Не будем останавливаться на характеристике каждого метода и оборудования, его реализующего. Ограничимся приведённой таблицей.

Стоит только отметить, что методы радиометрической сепарации и соответствующее оборудование развиваются с высокой динамикой.

Повышение экологических требований к технологии переработки различных материалов, в том числе промышленных и бытовых отходов, привлекли в этот бизнес большое количество производителей данного оборудования.

Количество производителей по разным причинам подвержено определённой динамике. Но среди зарубежных производителей стоит отметить компанию TOMRA SORTING SOLUTIONS GmbH.

Эта компания наиболее известна на российском рынке оборудования для предварительного обогащения минерального сырья и имеет наиболее широкий спектр применяемых сенсоров и физических методов.

TOMRA Sorting Solutions | Mining (Норвегия — Германия) — ранее CommodasUltrasort — ведущий западный производитель систем сепарации на основе сенсоров для горнодобывающей промышленности.

Различные типы датчиков, используемые в оборудовании этой компании, позволяют обнаруживать и сепарировать руду с достаточно высокой точностью. Высокотехнологичные машины обрабатывают материал размером от 300 мм до 3 мм. С производительностью до 300 т/ч.

Вне зависимости от вида твёрдого минерального сырья применяемые в оборудовании сенсоры определяют целевой материал, основываясь на природной контрастности ценного компонента и вмещающей породы по различным характеристикам, таким как:

• оптические (цвет, блеск, отражательная способность);

• электромагнитные;

• рентгеновские (различие в ослаблении потока рентгеновского излучения кусками, содержащими полезный компонент, и не содержащими).

В качестве исполнительного механизма в сепараторах TOMRA Sorting применяются пневматические форсунки.

В компании ТОМRА используют следующие методы покусковой сепарации:

Фотометрический (COLOR) — основан на регистрации оптических характеристик сепарируемого материала (цвет, блеск).

Ближнеинфракрасный (NIR) — основан на различии отражения излучения в ближнеинфракрасном спектре.

Рентгеноабсорбционный (XRT) — основан на различии в ослаблении потока рентгеновского излучения кусками породы и руды (угля). Электромагнитный (EM) — основан на использовании различия минералов в удельном электрическом сопротивлении и магнитной проницаемости.

Следует отметить, что декларируемая компанией производительность оборудования отражает производительность при максимальной крупности сортируемого материала.

Сравнительная таблица сепараторов
Сравнительная таблица сепараторов

В России, начиная с 1980-х годов, разрабатывали радиометрические сепараторы, принцип действия которых основывался в том числе и на вышеперечисленных свойствах минерального сырья, но наибольшее внимание было уделено, как к наиболее универсальному и перспективному, рентгенорадиометрическому (энергодисперсионному) методу, актуальность и интерес к которому не потеряны и в настоящее время.

Практически все российские производители радиометрических сепараторов, в отличии от западных производителей, используют этот метод.

Энергодисперсионный анализ основан на возбуждении характеристического рентгеновского излучения исследуемой пробы излучением рентгеновской трубки. Характеристическое излучение, возбуждаемое в анализируемой пробе, разлагается в спектр.

Простота рентгеновских спектров позволяет с высокой селективностью и высокой чувствительностью определять анализируемые элементы. Для этих целей используют пропорциональные, сцинтилляционные и полупроводниковые детекторы — ППД.

Особенно эффективно в рентгеновском диапазоне применение полупроводниковых детекторов. Применение полупроводниковых детекторов не только увеличивает чувствительность и селективность анализа, но позволяет также определять одновременно несколько элементов, а современный средства вычислительной техники позволяют реализовать сложные алгоритмы и соответствующий математический аппарат.

Таким образом, энергодисперсионный анализ является прямым методом определения присутствия полезного компонента, в отличии от всех предыдущих, отмеченных ранее косвенных методов и используемых зарубежными производителями подобного оборудования (радиометрических сепараторов).

В российских сепараторах СЭФ анализ элементного состава проводится на атомарном уровне в реальном масштабе времени.

Ядерно-физические методы позволяют разделить компоненты полезных ископаемых по различию таких свойств, которые в традиционных методах обогащения не используются. Высокая селективность обнаружения элементов ядерно-физическими методами благоприятствуют их применению для сортировки и сепарации минерального сырья.

Технология радиометрической сепарации представляет уникальную, рациональную и рентабельную альтернативу традиционным обогатительным процессам, особенно там, где общепринятые методы неэффективны.

Особую ценность это оборудование приобретает при комплексировании традиционных методов обогащения и технологии радиометрической сепарации, где радиометрическая сепарация выполняет функции технологии предконцентрации — предварительного обогащения.

Это позволяет значительно сократить объём перерабатываемой руды традиционными методами обогащения.

Неоспорим вклад российской науки в создание рентгенорадиометрических или энергодисперсионных сепараторов. Созданные к настоящему времени энергодисперсионные сепараторы не имеют зарубежных аналогов и по праву востребованы горнодобывающими предприятиями не только на внутреннем рынке, но и на предприятиях дальнего и ближнего зарубежья.

Ниже представлена сравнительная таблица, содержащая техническую информацию о сепараторах, производимых компанией TOMRA Sorting, и сепараторах совместной разработки и производства российских компаний ООО «РАДОС» и ООО «КРАСРАДОС».

Для удобства информация технического характера представлена в сопоставимых величинах и критериях, несмотря на то, что техническая документация российского оборудования содержит реально достижимые показатели назначения, а не максимально возможные.

Например, производительность единицы оборудования зарубежных производителей отражает максимально возможную при максимальном размере сортируемого куска.

Производительность сепараторов СЭФ, декларируемая производителем, отражает значение, соответствующее машинному классу и его гранулометрическому составу.

Зарубежные сепараторы, в отличии от сепараторов российского производства, не имеют в своем составе приёмного бункера и, соответственно, бункерного питателя, в связи с чем сравнение габаритных размеров не совсем корректно.

Как правило стоимость сепараторов зарубежного производства значительно превышает стоимость отечественного оборудования, и даже если сравнивать стоимость комплекта оборудования зарубежного и отечественного производства при равной производительности, результат сравнения не будет в пользу зарубежных производителей.

Таблица сравнения сепараторов
Таблица сравнения сепараторов

В течении последних двух десятилетий энергодисперсионные сепараторы пережили в России несколько генераций в своём развитии и конструктивном исполнении.

Они прошли путь от первых прототипов до промышленного оборудования, отвечающего всем международным требованиям безопасности эксплуатации SHEQ, предъявляемым к обогатительному оборудованию.

От первых внедрений до признания крупнейшими горнодобывающими предприятиями. Первые прототипы и промышленные образцы рентгенорадиометрических сепараторов СРФ были разработаны и производились компанией ООО «РАДОС», начиная с 1996 года.

Эти сепараторы базировались на использовании в качестве детекторов рентгеновского излучения пропорциональных газовых счётчиков.

Конструкция этих сепараторов была доведена до промышленного уровня. Сепараторы типа СРФ производятся компанией ООО «РАДОС» до настоящего времени. Аналогичное оборудование, по конструкторской документации ООО «РАДОС», производятся и компанией ООО «ТЕХНОСОРТ».

В 2016 году совместная работа компаний ООО «РАДОС» и ООО «КРАСРАДОС» завершилась созданием новой линейки оборудования для предварительного обогащения минерального сырья – энергодисперсионных сепараторов СЭФ.

Сепараторы СЭФ по показателям назначения являются аналогами сепараторов СРФ. Отличие заключается в том, что энергодисперсионные сепараторы СЭФ выполнены на базе полупроводниковых детекторов большой площади (кремниевые дрейфовые детекторы SDD немецкой компании КЕТЕК ).

Это оборудования мы поставляем на экспорт, в горнодобывающие компании Anglo American Platinum Limited и Pilanesberg Platinum Mines (Pty) Ltd (ЮАР), ведутся переговоры с предприятиями Китая, России и СНГ.

Эта техника оснащена самым передовым и перспективным оборудованием для энергодисперсионного анализа. Это и рентгеновские аппараты, имеющие большой ресурс работы, и полупроводниковые дрейфовые детекторы рентгеновского излучения большой площади, и современная встраиваемая компьютерная техника, и современное оборудование электротехнического назначения.

Предлагаемое оборудование отвечает необходимым российским и международным стандартам безопасности SHEQ (ТУ 3132-001-30456097, Сертификат соответствия № РОСС RU.АВ72.H00000).

Оборудование ориентировано на использование передовой и перспективной электронной техники, современных достижений в области генерирования рентгеновского излучения и его детектирования, применения современных алгоритмов, статистических и математических методов обработки информации и IT технологий, применении перспективных материалов и оборудования, передовых методов и приемов металлообработки.

Стоит отметить и ещё один технический аспект, имеющий различие в зарубежных сепараторах и сепараторах типа СЭФ производства ООО «РАДОС» и ООО «КРАСРАДОС». Сепараторы СЭФ представляют собой функционально законченное изделие, для работы которого необходимо только подвести электроэнергию.

В зарубежных сепараторах в работе используется сжатый воздух, а, следовательно, требуется компрессорная станция с соответствующими приблемами, инфраструктурой и эксплуатационными расходами.

Оборудование, имеющее в своём составе SDD-детекторы, отличается высоким энергетическим разрешением, точностью анализа, повышенной надёжностью, неограниченным ресурсом регистрации рентгеновского излучения и высокой стабильностью работы (в отличие от газового пропорционального счётчика, являющегося базовым элементом сепараторов типа СРФ), работают годами без видимых эффектов деградации.

Многолетний опыт позволил без особого сожаления отказаться от пропорциональных газовых счётчиков и перейти на полупроводниковые дрейфовые детекторы.

Радиометрическая сепарация — достаточно инновационный процесс. как было отмечено ранее, эта технология и оборудование развиваются очень динамично, но тем не менее автоматическому процессу сортировки предшествует процесс настройки оборудования на тот или иной тип минерального сырья, выбор методики и алгоритма решения поставленной задачи.

Этот процесс, а, следовательно, и конечный результат во многом зависит от человеческого фактора.

Создание адаптивных систем управления процессом сортировки и автоматизация настройки сепаратора позволит минимизировать влияние человеческого фактора на результаты работы сепаратора. Человеческий фактор в этом случае это чрезмерно высокие требования к квалификации персонала в плане выбора методики и алгоритмов работы оборудования, а также элементарные ошибки, допускаемые операторами в процессе эксплуатации.

В существующих, в отличии от СРФ, комплексных решениях сепараторов СЭФ, уже применяются элементы адаптивного управления, и реализован базовый механизм автоматизации настройки сепараторов. Но сегодня ещё нельзя сказать, что задача минимизации человеческого фактора решена в необходимом объёме.

Это стратегические задачи, которые стоят перед создателями энергодисперсионных сепараторов СЭФ.

Список литературы

1.https://www.tomra.com/ru/solutions-and-products/sorting-solutions/mining/.

2. http://thrane.ru/sensor-based-ore-sorting.

3. Run of Mine Ore upgrading – proof of concept plant for XRF ore sorting. C Rule, RJ Fouchee and WCE Swart. VANCOUVER 2015 (http://www.ceecthefuture.org/wp-content/uploads/2015/11/13-Chris-Rule-Run-of-Mine-Ore-Upgrading-Proof-of-Concept-Plant-for-XRF-Ore-Sorting.pdf)

4. Demingling the mix: An assessment of commercially available automated sorting technology. Portland: www.4RSustainability.com. April 2010.

5. Seerane K., Rech G. Investigation of sorting technology to remove hard pebbles and recover copper bearing rocks from an autogenous circuit // 6th Southern African Base Metals Conference 2011. The Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 2011. P. 123–136.

6. Optoelectronic sorting // Official newsletter of the IMS Group of Companies. 2003. N 6.

7. Salter J. D., Wyatt N. P. G Sorting in the minerals industry: past, present and future // Minerals Engineering. 1991. Vol. 4, № 7–11. P. 779–796.

8. Wymen R. A. Selective electronic mineral sorting to 1972. Mines Brauch Monograph № 878, Dept. of Energy, Mines and Resourses. Ottawa, 1972. P. 65.

9. Wyman R .A. Sorting by electronic selection // SMEHandbook on Mineral Processing. 1985. Vol.7. N 5.

10. Sivamohan R., Forssberg E., Electronic sorting and other preconcentration methods // Minerals Engineering. 1991. Vol.4. N 7-11.

11. Pre-Concentrating and Upgrading of Ores / Chris Rule, Head of Concentrator Technology / SAIMM Vineyard Hotel August 1st 2012.

12. AN INTRODUCTION TO THE RADOS XRF ORE SORTER / RS Fickling Metanza Mineral Processors (Pty) Ltd / The Southern African Institute of Mining and Metallurgy 6th Southern African Base Metals Conference 2011.

13. Developments in Ore Sorting Technologies / Carl Bergmann / 5 June 2009.

14. Короткевич В.А. Уникальные технологии мониторинга качества и обогащения минерального сырья/ В.А. Короткевич, И.Е. Кухаренко, Ф.Т. Дадли. «Золото и технологии» Март №1(27) 2015 г. стр. 96.

15. Литвинцев Э.Г. Перспективы расширения минерально-сырьевой базы золота на основе предварительной концентрации / Э.Г. Литвинцев, А.С. Кобзев. М., 2008.

16. Мокроусов В. А., Лилеев В. А. Радиометрическое обогащение нерадиоактивных руд. М.: Недра, 1979. 192 с.

17. Направления развития и проблемы радиометрических методов обогащения минерального сырья/ А. С. КОБЗЕВ (IEEC (группа IMC Montan)) «Обогащение руд». 2013. № 1. 18. Л.П. Старчик Сортировка и сепарация минерального сырья на основе информационных признаков.

19. Рентген-радиометрическая сепарация от TOMRA Sorting для предварительного обогащения угля / И.В. Алушкин, Б.В. Щипчин, И.Г. Корнеев // Уголь .— 2014 .— №5 .— С. 102-105 УДК 622.767/. 771.

20. Предконцентрация с применением радиометрических методов обогащения/ Оксана Ширкина • 11.12.2015/http://mining-info.ru.

21. И.В. Алушкин, В.Б. Щипчин, И.Г. В.Б. Леонов и др. Перспективы внедрения рентгеноабсорбционной сепарации вольфрамовых руд месторождения «Восток-2» // Обогащение руд. – 2015 – №1. – С. 31-36.

Авторы: В.А. Короткевич, И.Е. Кухаренко, А.А. Беляк, Е.В. Короткевич

Отраслевые решения

Подпишитесь
на ежемесячный дайджест актуальных тем
для специалистов отрасли.

Исключительно отраслевая тематика. Никакого спама 100%.