Технология XRT-сепарации: особенности и опыт применения

В последние годы в России запускают комбинаты-гиганты, и тот факт, что объём переработки может исчисляться десятками миллионов тонн руды в год, нас уже не удивляет. Природа этих цифр понятна: современные технологии и цены на металлы позволяют рентабельно отрабатывать даже месторождения бедных руд.

Проще говоря, существенная часть из этих миллионов тонн — это пустая порода. И было бы здорово не возить весь этот объём на обогатительную фабрику, а отсекать часть уже в карьере. Когда же речь идёт о подземной добыче, то такая возможность могла бы существенно облегчить горнякам жизнь. И необходимая технология уже существует: предобогащение — это одна из задач XRT-сепарации. Правда, большинство российских предприятий к ней ещё только присматриваются.

В основе процесса XRT-сепарации лежит использование рентгеновских лучей, которые в разной степени поглощаются различными минералами. В самой работе такого оборудования ничего сверхъестественного нет, и наверняка каждый человек знаком с возможностями этих специфических электромагнитных волн.

Мы можем оценить их не только в медицинских учреждениях, но и, например, в аэропорту или метро, где работают рентгеновские детекторы. Кстати, именно с такого оборудования начинал китайский производитель XRT-сепараторов Honesort. Уже позже компания при поддержке учёных адаптировала технологию к запросам добывающей индустрии.

На примере оборудования этого бренда начальник отдела сбыта ООО «Ньюфотон» (российский представитель Honesort) Константин Кабанов объяснил, как работает XRT-сепаратор. Опираясь на возможности искусственного интеллекта, он анализирует информацию с датчиков и определяет, что перед ним: полезное ископаемое или пустая порода. С помощью системы пневматического отстрела сырьё разделяется на хвосты и концентрат. Есть решения, позволяющие получать три группы: хвосты, концентраты и промпродукт.

XRT-сепараторы обычно используют для предварительного крупнокускового обогащения руды. Говоря простыми словами, с их помощью предприятие может на первых этапах обогатительного процесса исключить крупные фрагменты пустой породы из переработки, то есть не транспортировать, не дезинтегрировать и не складировать их.

«XRT-сепарация требует значительно меньших энергозатрат, в сравнении с другими известными специалистам-обогатителям способами. Крупные куски породы отделяются в голове всей технологической цепочки ГОКа и не подвергаются измельчению, не тянутся бесполезно через всю последующую цепочку рудоподготовки и обогащения», — говорит заместитель главного конструктора по науке ООО НПФ «Тепло-ЭнергоПром», канд. техн. наук Олег Черных.

Специалист в целом акцентирует внимание на «сухих» методах обогащения, которые считает очень перспективными. Эти технологии, в частности XRT-сепарацию, можно считать экологичными, что является их дополнительным преимуществом.

«Применение XRT-сепарации непосредственно рядом с месторождением руды (карьерами, рудниками, шахтами) сразу после этапа дробления весьма эффективно, потому что позволяет повысить содержание ценного компонента и сократить транспортные расходы за счёт удаления из исходной руды вмещающей породы», — уточняет инженер по наладке и испытаниям ООО «Ньюфотон» Александр Шишкин.

Есть условия

XRT-сепарация — это не универсальная технология, подходит она не для всех видов полезных ископаемых. Но, если «всё сошлось», добытчик может вернуть инвестиции в приобретение оборудования за полгода, отмечают специалисты «Ньюфотон».

Ограничения накладывают особенности самой технологии. Во-первых, сепаратор может работать только с узким классом: если в партии будет большой разбег по фракциям, должного эффекта добиться не удастся. То есть руду придётся предварительно классифицировать.

Во-вторых, технология ориентирована преимущественно на бедные руды, что в текущих условиях, пожалуй, хорошо: этого добра в современных месторождениях хватает. Сепаратор сможет удалить большое количество вмещающей породы, что даст заметный экономический эффект. Однако, если руда будет богатой, для такого оборудования тоже найдется работа: оно сможет повысить степень концентрации перед подачей на ОФ.

В-третьих, руда должна быть неравномерно вкраплённой.

«XRT-сепарация оптимально подходит для контрастных, высококонтрастных и особоконтрастных руд, например, свинцово-серебряных, медно-оловянных, вольфрамовых, молибденовых и т. п. Данная технология хорошо зарекомендовала себя в угольной промышленности, а также при добыче алмазов», — говорит Александр Шишкин.

XRT-сепарация актуальна и для предприятий, которые отрабатывают месторождения подземным способом: она позволит не поднимать на-гора пустую породу или хотя бы её часть. Олег Черных говорит, что использование такого оборудования под землёй «не только возможно, но и наиболее желательно», и добавляет, что никаких рисков нарушения безопасности такие сепараторы в себе не несут.

«На данный момент технологию уже применяют в угольной шахте в Китае, в провинции Шаньдун. Причём вмещающая порода остается внизу, в связи с чем необходимость в наземных хвостохранилищах отсутствует», — поделился мотивирующим кейсом Александр Шишкин.

В целом, по словам Олега Чёрных, XRT-сепарацию активно внедряют обогатители по всему миру, и процесс этот идёт уже несколько десятков лет.

«Предприятия выбирают это решение именно по причине экономичности процесса, хотя стоимость и техническая сложность оборудования высоки. В России есть примеры внедрений, но их число несоразмерно тем возможностям, которые обеспечивает XRT-сепарация. По моему мнению, связана эта ситуация с тем, что в России работают достаточно сильные технологи-обогатители, но крайне слабые конструкторы-разработчики сложного оборудования», — считает специалист НПФ «ТеплоЭнергоПром».

Как бы то ни было, прецеденты в нашей стране уже есть: нам доступно импортное оборудование (сегодня всё больше китайское), работают в этом направлении и отечественные производители. Давайте посмотрим, что мы имеем.

XRT в деле

Как и говорили наши эксперты, технологию успешно применяют для обогащения алмазов. Так вот, на ГОКе им. В. Гриба «АГД ДАЙМОНДС» такое оборудование внедрили ещё в 2018 году. Это был немецкий сепаратор, и, по информации самой компании, она стала первой из алмазодобытчиков в России, кто начал использовать подобное решение в промышленных масштабах.

В данном случае система работает немного не так, как было описано выше. На поток руды по-прежнему направляют рентгеновское излучение, но затем полученные данные переводят в графический вид, компьютерная программа анализирует их, и, зафиксировав алмазы, оперативно удаляет их из потока. По информации пресс-службы добытчика, сепаратор окупился менее чем за полгода и позволил обнаружить несколько крупных алмазов.

Внедрили технологию и на Кульдурском бруситовом руднике. Два года назад здесь запустили новую дробильно-обогатительную фабрику, и часть руды после дробления направляют на рентгеноабсорбционную сепарацию. В компании отмечают важный момент: XRT-
оборудование способно работать не только с поверхностью куска — оно может «заглянуть внутрь», что позволяет недропользователю добиться высокой химический чистоты.

На фабрике провели испытания, которые показали, что с помощью XRT-сепарации даже из низкомарочных продуктов возможно получить высококачественные бруситовые продукты с содержанием MgO 64-66%; CaO менее 1,5%; SiO2 менее 1,5-2,0%.

К XRT-сепарации присматривается и «Альянс Алтын». Он разрабатывает золотосеребряное месторождении Джеруй в Республике Кыргызстан, однако сама компания является частью группы «Русская Платина».

Выступая на конгрессе «Золото России СНГ», заместитель генерального директора по производству компании Константин Чуприн рассказал, что с помощью XRT-технологии на ЗИФ хотят организовать предварительное обогащение бедных и забалансовых руд. Несколько лет назад компания «НПП ГеоТестСервис» провела необходимые исследования, и результаты оказались весьма многообещающими. Количество руды удалось сократить в 2,9 раз, а вот качество полученного концентрата при этом увеличилось в 2,5 раза. За счёт забалансовых руд предприятие может прирастить запасы на 2,2 тонны.

Особенно эффективным может быть предварительное обогащение при добыче подземным способом, считают в «Альянс Алтын»: технология позволит снизить требования к показателю разубоживания и использовать более эффективные системы разработки. Без каких-либо дополнительных вложений ЗИФ сможет работать на 10% производительнее. Пока этот проект находится на этапе лабораторных исследований, но специалисты предприятия видят перспективы внедрения XRT-сепарации.

Олег Черных добавил также, что технологию рентгено-радиометрической сепарации уже несколько лет применяет Северный медно-цинковый рудник «УГМК», перерабатывая таким образом куски руды крупностью от 40 до 120 мм и 120-300 мм.

А специалисты «Ньюфотон» рассказали, что компания реализовала несколько успешных проектов на российских месторождениях, и XRT-сепараторы уже работают на предприятиях, добывающих медно-оловянные и серебро-свинцовые руды. А ещё, по словам Александра Шишкина, технологию уже давно используют в Якутии для добычи алмазов, а также магниевой руды — в Челябинской области.

XRT-сепарацию внедряют и на угольных предприятиях. Эксперт «Ньюфотон» привёл в пример предприятия в Казахстане и в России — в Новосибирской области.

«В целом технологию довольно активно применяют при сортировке угля на предприятиях по всему миру. Так как метод основан на ослаблении интенсивности рентгеновского излучения, проходящего через материал с разной атомной плотностью, это позволяет легко отделить уголь, состоящий из углерода, от вмещающей породы, состоящей, как правило, из доломита и алевролита», — уточнил г-н Шишкин.

С углём история особая: с помощью этой технологии можно организовать уже не предобогащение, а полноценное обогащение ископаемого топлива. Несколько лет назад немецкий поставщик профильного оборудования даже проводил сравнение XRT, тяжелосредной сепарации и отсадки, используя в качестве материала уголь с одного из казахстанских месторождений.

Первая оказалась самым экономичным методом: здесь основные расходы были связаны с техническим обслуживанием оборудования, а в двух других случаях существенными оказались эксплуатационные затраты и плата за электроэнергию. Опрошенные нами эксперты отмечают эту особенность как весомое преимущество технологии.

Два года назад «Ньюфотон» на своей промплощадке в Челябинской области запустил тестовый центр XRT-сепарации рудного сырья. Компания реализовала этот проект совместно со своими китайскими коллегами. Здесь установлен промышленный образец сепаратора Honesort производительностью до 50 т/ч, с помощью которого можно протестировать пробы материала около 200 кг.

Таким образом можно определить, насколько эффективна будет XRT-сепарация для конкретного типа руды. По данным на ноябрь прошлого года, центр провёл исследования 28 проб различного сырья и в 23 случаях получил положительный результат.

Сделают в России?

Олег Черных уже говорил, что в нашей стране производство XRT-сепараторов пока «подтормаживает». При этом наш собеседник рассказал, что позитивные примеры всё же есть. Так, специалисты ПАО «Уралкалий» разработали и даже запатентовали способ радиометрической сепарации сильвинитовых руд, основанный на естественной слабой радиоактивности изотопа основного элемента готового концентрата — К40. К сожалению, пока это только идея — в промышленную практику её не внедряют из-за отсутствия необходимого оборудования.

«В разработке последнего в сейчас преуспевают наши китайские коллеги», — добавил г-н Черных.
А ещё буквально недавно учёные Уральского государственного горного университета сообщили, что совместно с разработчиками компании «Аксалит» они разработали свой XRT-сепаратор и даже создали опытный образец.

По заявлению авторов, система, которая объединила в себе возможности рентгеновского излучения и нейросетей, отличает руду от пустой породы с точностью более 98%. Разработчики акцентировали внимание на ключевых особенностях оборудования — о них мы в целом уже говорили выше: это «сухой», то есть более экологичный метод обогащения. Эффективность его высока, а вот энергозатрат он требует немного.

По замыслу авторов, с помощью сепаратора можно будет извлекать ценный компонент в числе прочего из руд и хвостов. Следующий шаг, который наметили уральские учёные, — это внедрение оборудования в производство, и есть информация о том, что им уже заинтересовались первые заказчики.

Если всё пойдёт хорошо, к концу года стартует серийный выпуск.

Как бы то ни было, специалисты отрасли считают, что популярность технологии XRT-сепарации в нашей стране будет расти. Поспособствуют этому иностранные, вероятнее всего, китайские производители, хотя, возможно, подключатся и отечественные разработчики.

К числу основных преимуществ рентген-радиометрической сепарации Александр Шишкин отнёс небольшую энергоёмкость и простоту конструкции оборудования, которая позволяет внедрить решение в короткие сроки. А ещё специалист отмечает, что такие машины можно настраивать удалённо, что очень актуально для постоянно меняющегося рудного тела в процессе добычи руды. Ну и тренд на переработку бедного сырья и хвостов также наверняка заставит предприятия присмотреться к этому оборудованию.

«XRT-сепарация позволяет обрабатывать большие объёмы руды (самая крупная машина — до 200 т/ч) перед отправкой её на обогатительную фабрику. При этом доставка концентрата экономически выгоднее, чем исходной руды, содержащей вмещающую породу, особенно при больших расстояниях между месторождением и обогатительной фабрикой», — подчёркивает Александр Шишкин.

Слово экспертам

Александр Шишкин, инженер по наладке и испытаниям ООО «Ньюфотон»

«Небольшие размеры XRT-сепараторов и требуемого для них технологического оборудования позволяют создавать мобильные комплексы, которые рентабельно использовать на производственных объектах с ограниченной площадью либо при рассеянности по территории малых рудников.

Ещё один положительный фактор для экономики предприятия — это то, что ХRT-сепарация не требует каких-либо дополнительных мер по подготовке дроблёной и классифицированной руды перед её сортировкой, а именно промывки, обеспыливания, удаления грязи, льда или снега с поверхности кусков».

Олег Черных, заместитель главного конструктора по науке ООО НПФ «ТеплоЭнергоПром», канд. техн. наук.

«Я просто убежден в том, что XRT-технология и оборудование будут всё чаще внедрять на современных ГОКах. Это экономично, экологично, технологично и целесообразно».

Текст: Юрий Кожевников, руководитель направления производства литья АО «ЭКГСервис»