ГЕОЛОГИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, 2008, том 50, № 6, с. 558-568
УДК 622.7
ИННОВАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТЕХНОЛОГИЯХ ПЕРЕРАБОТКИ ТРУДНООБОГАТИМОГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ
© 2008 г. В. А. Чантурия
Учреждение Российской академии наук Институт проблем комплексного освоения недр РАН 111020, Москва, Е-20, Крюковский туп., 4 Поступила в редакцию 17.04.2008 г.
Проведен анализ качества минерально-сырьевой базы России и зарубежных стран, показывающий, что получение готовой продукции конкурентоспособной как по технологическим, так и экологическим критериям на мировом рынке возможно только на основе создания и реализации прогрессивных технологий на базе последних достижений фундаментальных наук. Раскрыта суть современных инновационных процессов в технологиях комплексной и глубокой переработки труднообогатимого минерального сырья сложного вещественного состава, разработанных в России. К этим процессам относятся радиометрические методы концентрирования ценных компонентов, высокоэнергетические методы дезинтеграции тонкодисперсных минеральных компонентов и электрохимические методы водоподготовки с получением целевых продуктов для решения определенных технологических задач.
В настоящее время в мире насчитывается 166 горнодобывающих стран, причем Россия по количеству добываемых минералов занимает первое место в мире (фиг. 1) (Пучков, 2005).
Не менее важным критерием является объем добычи и переработки полезных ископаемых. США, Китай и Россия занимают соответственно 1-3 места, доля этих стран в общей добыче составляет 41%.
В целом на долю первой десятки горнодобывающих стран приходится 63.7% мирового объема добычи и переработки минерального сырья. В том числе: 87.1% черных металлов, где лидирует Бразилия с 28.9% добычи; 61.1% цветных металлов, где лидирует Австралия с 31% добычи; 43.7% благородных металлов, где также лидирует Австралия с 11% добычи; 95% добычи алмазов, где лидирует Ботсвана с 27% и Россия с 20% (табл. 1).
Абсолютные цифры общего объема руды, поступающей на переработку, и количество обогатительных фабрик представлены в табл. 2. Всего в России насчитывается более 100 крупных горнообогатительных и горно-металлургических предприятий, перерабатывающих руды черных и цветных металлов, в состав которых входят 60 крупных карьеров, 75 рудников и 90 обогатительных фабрик.
Добыча угля в 2007 г. в России достигла 300 млн. т., в том числе подземным способом 118.7 млн. т на 104 шахтах и 181.3 млн. т открытым способом на 134 карьерах. Переработка
Адрес для переписки: В.А. Чантурия. E-mail: vchan@mail.ru
120 млн. т угля осуществляется на 42 обогатительных фабриках. К 2015 г. предполагается 80% добываемого угля направлять на обогащение.
Анализ представленных данных показывает, что Россия является одной из крупнейших стран мира, обладающих мощной минерально-сырьевой базой. В стране открыто 20 тысяч месторождений полезных ископаемых, из них 40% введено в промышленное освоение. Минерально-сырьевой сектор России обеспечивает более 30% внутреннего валового продукта и около 70% валютных поступлений в бюджет страны.
Однако качество руд полезных ископаемых в России (медно-цинковые, редкометальные, оловянные, вольфрамовые, титановые, бокситовые и другие) существенно уступает зарубежным аналогам. За последние 20 лет содержание цветных металлов в рудах снизилось в 1.3-1.5 раза, железа и золота в 1.25 раза, доля труднообогатимых руд и угля возросла с 15 до 40%.
Получение готовой продукции конкурентоспособной как по технологическим, так и экологическим критериям на мировом рынке возможно только на основе создания и реализации прогрессивных технологий на базе последних достижений фундаментальных наук.
В последние годы основные исследования академических и отраслевых институтов и вузов были направлены на:
разработку высокоэффективных, энергосберегающих методов и оборудования для интергранулярного разрушения горных пород и вскрытия тонкодисперсных минеральных комплексов вплоть до микро - и наноразмеров;
Количество добываемых минералов 50
40
30
20
10
48 47
41
40 40
36
35
34
31
31
с с о
Рч
«
а т
и Ки
<
3
о
л
а р
стр
я <
л и
СП
а р
р
д н
к
Рч <
2
а д
а н
а Ка
н
а р
к
а
м
и с
м
е
Страна
Фиг. 1. Расположение горнодобывающих стран в зависимости от количества добываемых минералов (Пучков, 2005).
0
создание новых экологически безопасных процессов комплексной переработки труднообогати-мых руд и техногенных образований на основе комбинирования современных методов обогащения, пиро- и гидрометаллургии;
разработку высокоэффективных нетрадиционных методов вскрытия упорных руд для переработки в процессах кучного и подземного выщелачивания;
разработку технологии глубокого обогащения угля с получением зольности концентрата не более 2% и содержанием серы менее 1% с целью использования в качестве топлива вместо мазута;
создание технологии глубокой переработки железосодержащих руд с получением высококачественных концентратов (более 70%) при минимальном содержании серы и фосфора;
разработку высокоэффективной технологии переработки фосфорсодержащих, карбонатных
Таблица 1. Показатели удельных объемов добычи минерального сырья по странам в % от мировой добычи (Пучков, 2005)
Объем добычи, % от мировой добычи
Страна минерального руд цветных руд благородных руд черных алмазов
сырья металлов металлов металлов
Россия 9.7 4.7 4.7 6 20
США 15.8 1 8 4.3
Китай 15.4 8.1 7.3 7.6
Мексика 2 0.5 1.7 0.6
Австралия 5.7 31 11 24.5 5
Индия 4.4 3.8 0.3 9.3
Иран 2 0.2 0.2 0.5
ЮАР 2.3 0.5 3 3.8 15
Канада 3.4 1 7 2.5 7
Бразилия 3.1 10.3 0.4 28.9
Ангола 9
Намибия 6
Таблица 2. Объем руды, поступившей на обогатительные фабрики России (2007 г.)
Годовой Количество
Вид сырья объем, обогатительных
млн. т фабрик
Железные руды 255.2 30
Руды цветных и редких 62.8 52
металлов, в том числе:
медные руды, 34 19
никелевые руды 23 8
Калийные руды 29 7
Апатитовые, 59 5
фосфоритовые руды
Золотосодержащие руды 250 37
Алмазосодержащие руды 26 12
Уголь 120 42
Итого 802 185
марганцевых руд (Иркутская область, Мордовия, Урал) для частичной компенсации дефицита марганца в России;
создание и внедрение новых процессов и аппаратов для повышения контрастности свойств минералов на основе энергетических воздействий;
разработку экологически безопасных методов водоподготовки, обеспечивающих эффективную переработку минерального сырья в условиях замкнутого водооборота.
Изучение минерального состава, вкрапленности частиц, их фазового состава осуществляется с помощью современных физических, физико-химических и химических методов исследования. Исследование природных структурных характеристик руд, минеральных агрегатов и раскрытых фаз во всех циклах переработки позволяют получать достоверную и полную информацию о технологических свойствах руд, оптимизировать процесс ру-
доподготовки и разделения минеральных компонентов и дать научно обоснованный прогноз обогащения природного и техногенного минерального сырья (Чантурия, Башлыкова, 1998; Чантурия и др., 1997).
При обогащении руд с низким содержанием ценных компонентов в схемах первичной обработки целесообразно использовать передел рудо-подготовки как комплекс операций по обработке кусковой горной массы с целью превращения ее в один или несколько технологических типов кондиционной руды для последующего обогащения или непосредственного использования в качестве товарного продукта.
В настоящее время при переработке бедных руд и техногенного сырья наиболее перспективна рудоподготовка на основе радиометрических методов опробования, сортировки и сепарации. В этом случае все операции цикла строятся на единой основе - использовании в качестве критерия распознавания состава и разделения ядерно-физических свойств минерального вещества. В арсенале радиометрии имеются более 20 различных по физической основе способов (от гамма-излучений до радиоволн), из которых для каждой руды может быть подобран наиболее эффективный (Татарников и др., 1995).
Изучение обогатимости руд цветных, черных и редких металлов, горно-химического сырья показало, что с помощью радиометрической сепарации можно: 1) удалить от 20 до 50% отвального продукта, который может быть использован в качестве строительного материала; 2) в 1.3-1.9 раза повысить содержание ценных компонентов в продуктах, поступающих на обогащение; 3) снизить в 1.2-1.5 раза количество отходов и вовлечь в переработку забалансовые руды (табл. 3). Данная технология эффективно используется на предприятиях АК "АЛРОСА" при обогащении алмазов (рентгенолюминесценция) и реализована еще на ряде объектов России (Татарников и др.,
Таблица 3. Результаты радиометрической сепарации руд
Тип руды Метод сепарации Число Показатель Выход Степень
объектов контрастности хвостов, % обогащения
Медно-никелевые, Радиорезонансный 14 1.5-1.6 50 1.9
золотосодержащие, кобальтовые Фотометрический 1 1.4-1.6 40 1.6
Вольфрамовые, Рентгенорадиометрический 13 0.6-1.0 35 1.45
молибденовые
Свинцово-цинковые, Рентгенорадиометрический, 25 1.1-1.3 30 1.4
оловянные, горно- рентгенолюминесцентный,
химическое сырье нейтронно-абсорбционный
Редкометальные, Рентгенорадиометрический, 21 0.6-1.0 20 1.3
апатит-магнетитовые, рентгенолюминесцентный,
хромитовые радиорезонансный
Фиг. 2. Эффекты электромагнитных импульсных воздействий на минеральные комплексы.
а, б - электрический пробой; в - локальный импульсный нагрев (эффект термомеханических напряжений).
1995). В процессах обогащения минерального сырья около 70% энергии расходуется на дробление и измельчение руды. Расход электроэнергии на процесс измельчения в зависимости от типа руд составляет от 20 до 60 кВтч/т. Причем в ряде случаев уменьшение крупности измельченного материала не приводит к повышению степени раскрытия минералов.
В настоящее время до 35-40% потерь ценных компонентов в процессах первичной переработки связано со сростками и 30-35% - с тонкими частицами (менее 40 мкм). Для того чтобы снизить эти потери при переработке тонковкрапленных руд без образования сростков и одновременно бе
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.