В поисках технологии переработки хвостов

Недропользователи по всему миру сталкиваются с одной и той же проблемой: минерально-сырьевая база ухудшается, содержание полезного компонента в руде падает. Ещё несколько десятилетий назад обогатители готовы были работать с сырьём, где содержание меди составляло 5%.

Сегодня в Челябинской области уже работают две огромных фабрики, на которых идёт извлечение металла из руды, где этот показатель не превышает 0,3-0,4 %. При таком раскладе добытчики начинают по-новому смотреть хвосты старых предприятий. Например, в Черемшанском шламохранилище Высокогорского ГОКа лежит материал с бортовым содержанием меди 0,22%, и геологические запасы этого объекта оставляют 19,3 млн тонн. Ну чем не месторождение?

На самом деле, ВГОК уже давно ищет способы переработки лежалых хвостов, дела на этом фронте идут с переменным успехом, но комбинат по-прежнему подбирает подходы к этому необычному сырью.

Медная история

Для начала разберёмся, откуда у ГОКа, ключевой продукцией которого является железный концентрат, вообще взялась медь, да ещё в таком внушительном объёме. В целом на Урале этот металл в том или ином количестве присутствует практически повсеместно.

Как рассказал главный обогатитель ОАО «Высокогорский ГОК» Виталий Метелев, выступая на конференции Seymartec Mining — 2025, первое упоминание о залежах медных руд в Нижнем Тагиле относится к началу XVIII века. Чуть позже было открыто Меднорудянское месторождение, где добывали сначала медь, а затем ещё и малахит. В своё время оно даже считалось одним из крупнейших в империи, а сейчас о нём напоминает огромный выработанный карьер.

И руды Высокогорского месторождения являются комплексными: наряду с магнетитом они содержат сульфиды меди. Поскольку флотационной фабрики у комбината долгое время не было, этот металл не добывали, однако и утерян он не был: руду отрабатывали, а хвосты складировали в Черемшанское шламохранилище, которое расположено на западной окраине города.

Флотационная фабрика у ВГОКа появилась в 1988 году. Правда, два года спустя её пришлось остановить, поскольку производство не соответствовало экологическим нормам. Вновь её запустили в 1995 году — после корректировки технологии и реконструкции.

Она перерабатывала хвосты текущего производства, которое шло на шахте Магнетитовой. Этот объект в своё время также был хорошо известен в отрасли, здесь активно внедряли экспериментальные и передовые технологии. В прошлом году завершилась история и этого предприятия: объёмы выработали, а рудник закрыли на консервацию.

Так вот, именно это сырье поступало на флотационную фабрику, выпуская медный концентрат в существенных объемах — до 11 тыс. тонн в год, массовая доля полезного компонента доходила до 25%. ОФ остановили в 2013 году, поскольку снизилось содержание меди в перерабатываемом сырье — производство стало нерентабельным.

Однако остался альтернативный источник — содержимое того самого Черемшанского шламохранилища, которое можно считать и техногенным месторождением. Хвосты обогащения железных руд свозили сюда с 1953 по 1995 годы, и за это время намывом было уложено более 40 млн тонн песков. Мощность шламов в хранилище, по данным разведочных работ, меняется от 12 до 21 м.

Дьявол в деталях

Казалось бы, всё сложилось: есть фабрика, есть большие запасы сырья, остаётся только грести его экскаваторным ковшом на флотацию и получать металл. Но дьявол, как всегда, кроется в деталях, отметил Виталий Метелев.

«За время складирования хвостов в Черемшанском хранилище руды начали окисляться, на поверхности появилась оксидная плёнка, что сильно затрудняет процесс флотации.
Кроме того, хвосты мокрой магнитной сепарации были перемешаны с бедным по меди сырьём, что привело к снижению содержания полезного компонента почти в два раза. Совместно с высокогорскими рудами мы перерабатывали ещё и сырьё Естюнинского месторождения, которое не содержало медь и серу», — объяснил специалист.

На сегодняшний день предприятие имеет хвосты, которые представляют собой измельчённый материал крупностью менее 1 мм. На 93-95% это нерудные минералы, примерно 2,3% составляют сульфиды, в том числе пирит и халькопирит, есть в составе также магнетит и гидроксиды железа. Содержание меди колеблется от 0,15 до 0,3%, причём чем дальше от дамбы, тем полезного компонента в хвостах больше, увеличиваются показатели и при движении на глубину.

Попытка 2000-х

Таким образом, содержимое Черемшанского хвостохранилища представляет собой интересное с промышленной точки зрения сырьё — особенно по сегодняшним меркам. И ещё в начале 2000-х годов ВГОК попытался достать из этого техногенного месторождения медь. Для этого комбинат провёл ОПИ, использовав невостребованное оборудование фабрики.

Сырьё поднимали на поверхность экскаваторами, автотранспортом довозили до участка распульповки, разбавляли оборотной водой, после чего следовали этапы дезинтеграции в скруббер-бутаре и отсева крупного и постороннего материала на грохоте. Насосом материал подавали на участок флотации, а сама технологическая схема включала в себя основную и контрольную операции, а также две перечистки.

Комбинат провёл серию первичных испытаний, чтобы выявить проблемные участки технологического процесса. Специалисты увидели, что напор при подаче материала во флотационное отделение нужно увеличить, потому что при движении по шламопроводу пески расслаивались. Из-за этого трубы заиливались, содержание твёрдого в пульпе становилось неравномерным.

Чтобы усовершенствовать схему переработки лежалых хвостов, комбинат провёл модернизацию фабрики и запустил вторую линию. Переработчик поэтапно устранил проблемы. Так, на ОФ появился дополнительный насос, который позволил повысить напор в магистралях перекачки хвостов. В технологическую схему добавили сгуститель «ИЗТМ» — он позволил стабилизировать содержание твёрдого в питании флотации. Благодаря установке фильтра тонкого грохочения Derrick, фабрика исключила из процесса крупный материал с низким содержанием меди.

Фабрика работала, и комбинату некоторое время удавалось выпускать медный концентрат. Лежалые хвосты перерабатывали одновременно с текущими хвостами обогащения железных руд, но с увеличением доли отвального сырья показатели снижались. Последняя попытка достать металл из песков Черемшанского шламохранилища датирована 2008 годом. Получив извлечение 32,5%, комбинат принял решение остановиться, поскольку при текущей технологической схеме процесс был неэффективен с точки зрения экономики.

Исследования ТОМС

В поисках более совершенных решений ВГОК обратился в иркутский НИиПИ «ТОМС», который провёл необходимую НИР. В результате удалось получить медный концентрат с содержанием ценного компонента 23,5% при извлечении 71,5% и выходе 0,79%.

Иркутские специалисты дали свои рекомендации. По их мнению, материал крупностью -2+0,315 мм перерабатывать нецелесообразно вовсе: для раскрытия и извлечения небольшого количества ценного компонента приходится тратить слишком много усилий на измельчения материала. А вот класс крупности -0,2+0,045 требует дораскрытия.

Исходную руду имеет смысл предварительно обрабатывать в оттирочной машине, чтобы удалить вторичные сульфиды с поверхности первичной сульфидной меди.

Черновой концентрат основной и контрольной флотации эксперты ТОМС посоветовали измельчать до крупности 25 мкм, чтобы дораскрыть медные минералы и повысить содержание ценного компонента в концентрате.

К сожалению, разработанная на этом этапе технология себя не оправдала, констатирует Виталий Метелев: вновь встал вопрос экономики и целесообразности затрат. Кроме того, возникли экологические проблемы из-за применения новых реагентов, ведь шламохранилище находится в городе. Поэтому реализовать предложенные иркутянами мероприятия было нереально.

Однако ВГОК не отчаивается и сегодня возобновляет исследования в поисках технологии переработки медьсодержащих песков Черемшанского месторождения.

«За прошедшие годы наверняка появились новые механизмы, оборудование, может быть, реагенты. В конце концов, сами по себе миллионы тонн меди, закопанные в шламохранилище, себя не добудут», — отметил главный обогатитель ВГОКа.

Подготовила Кира Истратова