Переработка комплексных руд: как повысить извлечение золота, меди и цинка из многокомпонентного сырья

Руды цветных металлов довольно часто являются многокомпонентными. Например, медная, помимо титульного элемента, нередко содержит никель, цинк, хром, золото и другие. Казалось бы, такая комплексность — это большой плюс, ведь, отрабатывая одно месторождение, удаётся получить сразу несколько продуктов. Однако на деле это не так просто: разделение многокомпонентной руды — процесс сложный, особенно если он должен быть ещё и экономически эффективным. Тем не менее тренд на комплексное освоение недр — это современная реальность.

Скажем, Гайское месторождение, помимо всем известной меди, содержит ещё и золото, и ГОК извлекает его в достаточных объёмах, особенно для попутного компонента. А 14% российского цинка, по данным МГТУ, добывают из медно-цинковой руды. ОФ «Святогор», которая перерабатывает руды нескольких северных месторождений, выпускает медный, цинковый и железный концентраты. И таких примеров становится всё больше.

Хотя обогащение комплексных руд сопряжено с целым рядом сложностей — о них рассказала профессор МГТУ им. Г. И. Носова Наталья Орехова, выступая на конференции «Цветные металлы России и СНГ». Она объяснила, что те же цинк и медь нередко находятся в одной руде в виде сложных сростков, что затрудняет разделение и требует внедрения сложных и дорогостоящих технологий обогащения. Часто необходимы многостадийные схемы, включающие флотацию и гидрометаллургические процессы, поскольку традиционные методы не всегда обеспечивают высокую степень извлечения всех ценных компонентов.

Одна из современных тенденций — использование тонкого измельчения, но, говорит г-жа Орехова, даже при показателе 90% класса 0,071 мм можно не добиться нужной степени раскрытия. Например, для вторичных медных минералов она не превышает 40%, что ведёт к прямым потерям. По этой причине значительную часть попутных компонентов, присутствующих в медной руде, не извлекают и отправляют в хвосты. Там оказываются не только железо, но и драгоценные металлы: золото и серебро.

«Современные тенденции включают многоступенчатый комплексный подход, сочетающий методы гравитационного и флотационного обогащения с гидрометаллургическими процессами, а также инновационные технологии, направленные на повышение эффективности извлечения полезных компонентов и уменьшения потерь металлов — не только цветных, но и благородных. Повышение комплексности подразумевает также использование оксидов кремния, алюминия и железа из хвостов в качестве сырья для строительных материалов», — отметила Наталья Орехова.

Эксперт выделила три основных направления повышения показателей обогащения. Первое — это совершенствование технологий флотации, причём здесь можно говорить и об изменении конструкции самих флотомашин, и о корректировке реагентных режимов. Второе — инновации в рудоподготовке, например внедрение ультратонкого бисерного измельчения для более полного раскрытия сростков ценных минералов.

Перспективным видом оборудования эксперт также назвала валки высокого давления, которые могут заменить мельницы полусамоизмельчения. Ну и третье направление — это переработка техногенных отходов, в частности применение гравитационно-флотационных схем для извлечения золота и других ценных компонентов из хвостов.

Современный подход

На новых фабриках эти трендовые мероприятия уже реализуются. Например, ГРК «Быстринское» перерабатывает полиметаллическую руду одноименного месторождения и выпускает золотосодержащий, железорудный и медный концентраты. Современная производственная мощность комбината — 11,3 млн т/год, а к 2030 году компания намерена увеличить её практически вдвое — до 20 млн т/год, и для этого воплощает крупные инвестиционные проекты.

Так, летом прошлого года ГРК «Быстринское» сообщила, что на обогатительной фабрике появились новые флотомашины на участке контрольной флотации, плюс ещё шесть единиц оборудования комбинат планировал заменить на второй перечистной. По словам специалистов предприятия, новые пневматические машины более селективно работают с трудными и тонковкрапленными минералами и позволяют сократить потери.

Чуть раньше, весной, на Быстре установили валки высокого давления. Ожидается, что это оборудование позволит повысить производительность участка дробления и измельчения ОФ до 350 тыс. т/г руды.

За год до этого фабрика нарастила фронт магнитной сепарации: установила четыре дополнительных единицы оборудования к рабочим 16, что позволило увеличить извлечение железа.

Особенность проекта модернизации состоит ещё и в том, что все работы идут в периметре существующей фабрики, при этом производство здесь не останавливают.

Руда другого крупного месторождения, Удоканского, не считается комплексной, она является практически монометалльной медной и содержит только небольшую примесь серебра. Однако сложный состав — одновременное присутствие оксидных, сульфидных и смешанных руд — «отпугивал» недропользователей больше полувека. Особую флотационно-гидрометаллургическую схему переработки создала сама «Удоканская медь».

Для извлечения меди руда должна проходить этап флотации, где из неё получают концентрат с окисленными и сульфидными соединениями металла. Следующий этап — атмосферное выщелачивание. Окисленная медь переходит в раствор, а сульфидная остаётся в нерастворимом остатке. Раствор с оксидными соединениями меди поступает на жидкостную экстракцию и электроосаждение на катодах.

В итоге получается катодная медь с содержанием металла 99,99%. То, что выпало в осадок в ходе атмосферного выщелачивания, проходит этап сульфидной флотации. Здесь конечный продукт — медный концентрат с 45-процентным содержанием металла. Сама идея вернуться к флотации после этапа выщелачивания и сегодня выглядит смелой и необычной.

Флотомашины на заказ

Новые тенденции отмечают и производители оборудования, ведь именно они разрабатывают обновлённые решения, ориентируясь на потребности современны фабрик. Например, эксперты компании TEM Partner®, которая создаёт в числе прочего и флотационные машины, подтвердили, что недропользователи всё чаще вовлекают в отработку комплексные и тонковкрапленные руды. Для них традиционные решения могут быть недостаточно эффективны, а потому появляются новые конструкции.

В числе современных трендов в обогащении полезных ископаемых руководитель по направлению «Флотация» компании TEM Partner® (ООО «ТЕМП») Константин Микитич назвал переработку бедных руд, а также руд, требующих дополнительного времени флотации. Отсюда — спрос на большеобъёмные флотомашины.

«При высокой производительности установка такого оборудования становится более целесообразной благодаря упрощённому обслуживанию и экономической выгоде. Такое решение позволяет сократить количество единиц техники, а значит, уменьшить занимаемую площадь, операционные расходы, затраты на вспомогательное оборудование и достигнуть
требуемого извлечения полезного компонента», — объяснил Константин Микитич.

Современные фабрики могут перерабатывать руды, где частицы ценного металла имеют большой удельный вес, — как правило, речь идёт о золотосодержащих рудах. При их переработке частицы с ценным металлом накапливаются в циркуляционных продуктах, например песках гидроциклонов, вследствие чего минералы могут переизмельчаться.

Для сокращения потерь по извлечению специалисты TEM Partner® рекомендуют использовать машины скоростной флотации: они работают на песках гидроциклонов. Конструктив данных флотомашин рассчитан на условия обогащения крупного материала (до 0,25–0,5 мм), а само оборудование отличается износостойкостью.

О тонковкрапленных рудах мы сегодня уже упоминали: это сырьё характеризуется сложным взаимным срастанием полезных компонентов и требует тонкого измельчения. Для такого материала отлично подходят эжекторные флотомашины: иной способ аэрации пульпы и высокая инерция взаимодействия воздуха и пузырьков позволяют более эффективно обогащать частицы крупностью менее 25 мкм. Чаще всего эжекторные флотомашины устанавливают на перечистке, но у TEM Partner® есть проект, где именно такие машины стоят на всех операциях флотации.

«В этом случае полезные минералы: галенит и сфалерит — тесно ассоциированы между собой и представлены тонковкрапленными рудами, что требует очень высокой степени измельчения — до 10–13 микрон. Наиболее эффективными по итогам исследований и испытаний оказались именно эжекторные машины. Вместо 60 и более пневмомеханических установок по обычной схеме на фабрике используется всего 19 эжекторных флотомашин», — рассказал Константин Микитич.

Эжекторные машины также устанавливают на уже существующих фабриках для увеличения фронта флотации. Такая задача возникла, например, у одного из ГОКов, перерабатывающих медную руду: нужно было нарастить производительность флотационного передела, но при этом остаться в границах цехового пространства. В данном случае главным плюсом эжекторной машины стали небольшие габариты — они меньше, чем у традиционной пневмомеханической. В этом году новое оборудование планируют запустить в работу.

Флотореагенты: вернуть утраченное

Задачу повышения комплексности обогащения решают и химические компании — производители реагентов. Например, ООО «Флотент Кемикалс Рус» активно разрабатывает новые соединения, в частности, много лет компания изучала варианты синтеза гидроксамата. Генеральный директор предприятия Алексей Марфицин объяснил, что такой продукт необходим для обогащения железистых, апатитонефелиновых, окисленных и смешанных руд, а также РЗМ-сырья.

Последнее направление, как известно, сейчас на особом счету, поэтому «Флотент Кемикалс Рус» работает в партнёрстве с научными институтами, университетами. В компании отмечают заинтересованность Минпромторга и заказчиков в новом продукте.

Гидроксаматы как класс химических соединений открыли в 1970-х годах, рассказывает Алексей Марфицин. Этот реагент применяли в разных отраслях промышленности, а для горной отрасли в России выпускали гидроксамат ИМ-50. Сырьевая база для его производства существовала, однако в 1990-х годах она была уничтожена, и с тех пор производители РЗМ, работающие с окисленными рудами, находятся в поиске.

На рынке доступны импортные реагенты, однако несколько лет назад «Флотент Кемикалс Рус» нашёл вариант синтеза, который может снизить стоимость соединения в пять раз относительно китайского аналога.

По словам г-на Марфицина, компания разработала гидроксаматы «точечного» действия: одни подходят для окисленных и смешанных руд, другие — для железосодержащих, а третьи — для выделения РМ и РЗМ. Новые соединения позволят вовлечь окисленное сырьё в переработку.
В качестве примера потенциального заказчика гендиректор «Флотент Кемикалс Рус» привёл один из казахстанских ГОКов.

Здесь фабрика уже фактически переработала всю добытую сульфидную руду, а вот окисленную она долгие годы просто складировала, поэтому сейчас та представляет собой техногенное месторождение. Это очень перспективное сырьё, поскольку оно уже прошло дробление и измельчение, то есть самые дорогие переделы. Новый реагент позволит извлечь из этой руды ценный компонент при существующем техническом оснащении фабрики.

Новая роль центробежных концентраторов

К вопросу комплексной переработки руд можно подойти и с другой стороны — минимизировать потери ценного компонента. С этой целью специалисты ООО «Сервис ТехноПром» предлагают использовать центробежные концентраторы на объектах россыпной золотодобычи: они уверены, что внедрение в технологическую схему этого оборудования позволит поднять процент извлечения.

«СТП», кстати, является российским производителем концентраторов: компания заняла нишу, где прежде работали два крупных зарубежных поставщика — они-то и снабжали концентраторами фабрики по всему миру. Работы по совершенствованию конструктива ЦК и расширению сферы их применения «СТП» ведёт совместно со специалистами Иркутского национального исследовательского технического университета (ИРНИТУ).

Идея в следующем: добавить в схему обогащения россыпного золота установки на базе ЦК, чтобы увеличить извлечение наиболее проблемных мелких классов металла. Такие комплексы могут работать параллельно с традиционными цепочками (шлюзами, отсадкой) или же в обход их.
Компания провела промышленные испытания на одном из месторождений Забайкальского края.

Комплекс центробежного обогащения, состоящий из зумпфа, грохота и ЦК, она смонтировала в условиях текущего промывочного сезона. В данном случае центробежный концентратор установили в обход работающей отсадочной машины сразу после шлюза, чтобы доизвлекать золото из хвостов. Грохот понадобился для того, чтобы отделить фракцию -6 мм.

ОПИ показали, что центробежный концентратор действительно может добрать то золото, которое прежде терялось в хвостах шлюзов, и добавить к извлечению 10–15 %, повышая общую эффективность до 95%. В условиях текущей цены на драгметалл это заметная прибыль и более эффективный вариант, чем увеличение объёмов промывки. Пока результаты удалось получить на опытно-промышленных режимах, поэтому следующий шаг — это внедрение оборудования в производство.

Трендовое оборудование

Что же касается включения в технологическую схему валков высокого давления, то таких прецедентов в России пока немного, поскольку главные поставщики таких решений — это европейские компании. Хотя сегодня на сцену выходят и их конкуренты из Китая. В целом же в мире такие системы, которые ещё называют роллер-прессами или ИВВД, активно применяются для переработки большинства типов руд, в том числе золотосодержащих и полиметаллических.

Об особенностях работы таких агрегатов рассказал технический директор «ДИСПО Солюшн» Николай Тихонов, выступая на конференции «Измельчение минерального сырья. Технологии, материалы, практика».

Роллер-прессы имеют ряд преимуществ, которые отличают их от других технологий рудоподготовки, в том числе размольных мельниц. Хотя нельзя утверждать, что ИВВД в любом случае дадут лучший эффект — это справедливо лишь для конкретных типов руды. Дело в том, что за счёт сжатия частицы получают так называемую микротрещиноватость, таким образом материал становится более разупрочнённым, что упрощает его переработку на следующих этапах, например на флотации.

Если после роллер-пресса руда отправляется на сорбцию или выщелачивание, микротрещины тоже позитивно скажутся на результате обогащения: реагенту будет проще добраться до полезного компонента.

Особенно хорошие эффекты валки высокого давления обеспечивают на предприятиях с большой производительностью, а, поскольку мощности переработки сегодня растут, развивается и спрос на этот вид оборудования. Особенность роллер-пресса в том, что для переработки больших объёмов требуются более крупные валки, а с увеличением их диаметра растёт и крупность материала, который машина может измельчить. То есть чем выше производительность, тем более высокую степень сокращения крупности обеспечивает роллер-пресс.

Ещё одним преимуществом ИВВД является тот факт, что это оборудование может без проблем измельчать твёрдые и высокоабразивные руды. При этом оно нечувствительно к этим показателям, то есть нет прямой зависимости между потребляемой мощностью и твёрдостью сырья. Получается, что чем более сложную руду перерабатывает роллер-пресс, тем больший эффект по оптимизации энергозатрат фиксирует фабрика.

Роллер-прессы становятся отличным вариантом для производств, которые расположены в регионах с дефицитом воды — для работы мельниц последняя всё-таки необходима. По этой же причине валки высокого давления удачно вписываются в технологию сухого обогащения: оборудование можно сочетать, например, с магнитной сепарацией, а полученные хвосты хранить в сухом виде.

Таким образом, внедрение такого оборудования напрямую не связано с обогащением именно комплексных руд, однако их способность измельчать высокоабразивные руды, работать с большими объёмами материала и повышать эффективность следующих переделов позволяет этому оборудованию «попасть в тренд». Так или иначе, современные фабрики используют целый набор технологий, стремясь повысить извлечение полезного ископаемого, в том числе из сложного и многокомпонентного сырья.

Константин Микитич, руководитель по направлению «Флотация» компании TEM Partner®

«Всё большее значение приобретает подбор типа флотационного оборудования, поскольку каждый эффективен в конкретном случае. Здесь нужно учитывать множество факторов, таких как химический и минералогический состав руды, результаты технологических исследований, специфика операции флотации, характеристики потоков, особенности размещения оборудования, экономическая составляющая и прочие нюансы.

Так, например, данные кинетики флотации позволяют правильно оценить нагрузку на пенные желоба и подобрать индивидуально тип желоба для каждой камеры пневмомеханической флотомашины. Это лишь небольшая часть аспектов, влияющих на проектирование.

Кроме того, в одной схеме флотации могут использоваться установки разных типов. Например, на основной-контрольной флотации — большеобъёмные пневмомеханические флотомашины, на перечистках — эжекторные. Точнее подобрать флотационное оборудование для каждой конкретной операции позволяют лабораторные и пилотные испытания.

Для этого у нашей компании есть опытно-промышленные установки для скоростной и эжекторной флотации, а также методики проведения лабораторных испытаний, позволяющих имитировать работу всех вышеупомянутых видов оборудования на лабораторных пневмомеханических флотомашинах».

Владислав Пелих, директор по стратегическому развитию ООО «СТП»

«Проблема добытчиков россыпного золота в том, что они ходят по своим хвостам три-четыре раза. А почему бы не забирать всё сразу? Современные концентраторы могут решить эту задачу, но по какой-то причине на россыпях их практически не используют. Сложилась практика применения шлюзовых промывочных приборов, и это уже традиция.

Предприятия отрасли ориентированы на добычу золота крупнее 0,5%, хотя извлекать более мелкие фракции возможно. Мы хотим эту незримую стену разрушить: речь идёт об огромном рынке, который застрял в XIX веке. Ведь в рудной добыче центробежные концентраторы давно стали стандартным оборудованием».