Глава 1. Исследование на обогатимость. Технологический регламент

1.1. Задачи, решаемые при исследовании руд на обогатимость

Исследование на обогатимость – это комплекс работ, позволяющих в итоге:

- выбрать методы разделения слагающих руды минералов;

- выбрать технологическую схему обогащения руды;

- предсказать (рассчитать) технологические показатели схемы обогащения;

- разработать технологический регламент обогащения руды, и следовательно, создать основу для проектирования фабрики;

- оптимизировать параметры технологического процесса;

- объяснить механизм технологического процесса;

- разработать и испытать новые машины для обогащения и совершенствовать имеющиеся.

Исследование на обогатимость выполняют в следующих случаях:

- при разведке месторождений и утверждении запасов;

- при разработке технологического регламента обогащения;

- при совершенствовании схемы обогащения и ее оптимизации;

- при разработке и испытаниях новых параметров и новых режимов эксплуатации аппаратов и схем;

- при получении закономерностей процессов подготовки руды и ее обогащения, т.е. фактически при необходимости решения вопросов теории обогащения.

Обогащение руд во всем мире получило большое распространение. Обогащаются почти все руды. Накоплен огромный фактический материал, связанный с обогащением руд всех типов. Этот материал позволяет специалистам при наличии весьма малой априорной информации предсказать возможные показатели обогащения и в ряде случаев начать обогащение руды на месторождении практически без опытных работ. Так, в частности, можно поступить, и поступают при разработке россыпных месторождений золота. Однако, это неприемлемо при строительстве любой фабрики, обязанной обеспечивать при обогащении определенные технико-экономические показатели, а также при современном подходе к комплексному использованию руд. Нельзя выбрать и рассчитать оборудование фабрики, не обладая полной и конкретной информацией о технологических свойствах руды.

Исследование на обогатимость как комплекс работ, нацеленных на результат, прошло длительный путь развития. Это развитие связано как с появлением и использованием новых технологических аппаратов, так и с появлением и использованием нового аналитического и лабораторного оборудования.

Появились и получили развитие новые направления, интенсифицирующие и углубляющие исследования на обогатимость, в частности:

- технологическая минералогия;

- базовые схемы исследований и испытаний;

- комплексы лабораторного оборудования, в т.ч. опытные фабрики и установки;

- компьютерные программы и расчеты;

- теория оптимизации процессов обогащения.

Каждое из этих направлений позволяет быстрее и качественнее достичь конечного результата с пониманием и обоснованием каждого промежуточного результата и конечного решения. Быстрее потому, что полная и своевременная информация позволяет выбрать путь решения задачи, близкий к оптимальному, качественнее потому, что более точная информация, современное оборудование для выполнения опытов позволяют выполнить не только проверку, но и оптимизацию принятых решений.

Почти любая работа начинается с анализа априорной информации. Априорная информация в обогащении полезных ископаемых также имеет большое значение. Широко известен и используется метод аналогий, суть которого сводится к поиску на основе априорной информации решения, уже апробированного в аналогичной ситуации, и его использованию. Так, в строительстве и других областях техники есть типовые проекты, все параметры которых проверены на практике, и остается лишь применить их в конкретной ситуации. Однако обогатительные фабрики, как правило, уникальны. И связано это, прежде всего, с уникальностью руды любого месторождения. Природа не повторяется и оставляет всегда значительную неопределенность результата обогащения даже при весьма полной априорной информации.

Так, известно, что на трассе БАМа расположено большое по запасам Удоканское месторождение медных руд. Только этой исключительно малой априорной информации достаточно, чтобы принять решение о возможном строительстве обогатительной фабрики, обеспечивающей извлечение меди в концентрат в диапазоне 60-95 %. Это реальный по данным практики диапазон извлечения от весьма труднообогатимых до легкообогатимых медных руд. Однако, если изучить вещественный состав руды и ее физические характеристики, то окажется, что можно подобрать более узкий круг аналогов. В частности, руда Удоканского месторождения близка по своим характеристикам к Джезказганской. Фабрики, работающей на такой руде, обеспечивают извлечение в диапазоне 70-92 %, а информация о том, что руды преимущественно халькозиновые, сужают этот диапазон до 75-88 %. Как правило, дальнейшее уменьшение предсказываемого диапазона извлечения связано уже с более детальным изучением руды и априорная информация начинает играть вспомогательную роль, а типовые решения оказываются пригодными, в основном, для проектирования отдельных узлов схемы.

Поэтому, основным средством решения задачи оценки обогатимости руды в конечном счете становится эксперимент, в том числе экспериментальное изучение различных характеристик руды, свойств обогатительных машин и т.п.

Эксперимент нужно правильно поставить. Исследование обогатимости руды – это большой, развивающийся во времени эксперимент, и его тем более нужно выполнить предельно правильно, чтобы обеспечить приемлемую точность результата при минимуме затрат времени и средств.

Обычно этот эксперимент выполняется многими специалистами, каждый из которых владеет каким-либо методом измерений, испытаний, анализа.

Объем исследований зависит от многих факторов. Среди них: вид задачи, тип руды, уровень требований к качеству результата.

Это приводит к различным схемам проведения исследований на обогатимость, но в значительном количестве случаев общая схема исследования на обогатимость будет такой:

1. Отбор технологической пробы.

2. Подготовка технологической пробы.

3. Изучение вещественного состава.

4. Изучение физических свойств руды и раскрытия минералов.

5. Обзор и анализ априорной информации.

6. Обоснование и составление методик экспериментов.

7. Выполнение опытов (изучение технологических свойств).

8. Составление вариантов технологической схемы или режимов.

9. Технико-экономические оценки вариантов.

10. Испытания технологической схемы или режимов.

11. Технико-экономические показатели испытаний.

12. Составление отчета или другого документа, в частности, технологического регламента

В разработке технологических схем и аппаратурных решений обогатительных фабрик огромное значение имеет опыт использования какого-либо разделительного признака. Несмотря на прогресс техники, неизменными в течение десятков лет остаются решения: руды цветных металлов обогащаются флотацией; руды черных металлов магнитной сепарацией; угли – тяжелосредной сепарацией, отсадкой и флотацией и т.п.

Это заранее может предопределить выбор разделительного признака.

В таких условиях исследование на обогатимость применительно, в частности, к флотации составляет выполнение работ по использованию только этого процесса:

1. Определяется крупность руды, при которой минералы раскрываются, но не крупнее 0,2 – 0,3 мм.

2. Выбирается испытанный для аналогичных руд набор реагентов, в том числе с привлечением знаний, накопленных при исследованиях флотационных процессов.

3. Выполняются опыты по подбору подходящего решения использования реагентов, в т.ч. могут быть поставлены опыты с целью оптимизации показателей.

4. Выполняются опыты по кинетике флотации и определению схемных решений: с определением времени основных, контрольных и перечистных операций и их числа.

5. Выполняются опыты по обогащению руды по предложенной схеме (укрупненно-лабораторные испытания) с целью определения показателей обогащения по качеству концентратов и извлечению.

Появляющиеся новые решения всегда являются предметом пристального внимания, и в случае возможного использования – испытываются и внедряются.

Поэтому практическими задачами исследования руд на обогатимость являются:

- разработка технологической схемы с использованием опыта переработки подобной руды;

- разработка нового технологического режима использования оборудования;

- испытание и внедрение нового оборудования.

Реконструкция уже созданной обогатительной фабрики требует всегда серьезного экономического обоснования, а уже созданное производство может долго функционировать даже при появлении нового, более экономичного, решения. Так, при переработке калийных солей параллельно функционируют флотационная и галургическая обогатительные фабрики для производства хлористого калия, хотя себестоимость концентрата галургической фабрики почти в два раза выше флотационной, однако, качество концентрата галургической фабрики выше флотационной. Так, обогатительные фабрики производят полевошпатовый концентрат флотацией, хотя разработана более экономичная схема сухого обогащения полевого шпата электрической и магнитной сепарацией.

Очевидно, существует некоторый порог ухудшения показателей фабрики, при котором реконструкция становится необходимой.

Так, работавшие в течение 75 лет обогатительные фабрики «Bingham Canyon Mine», Magna, Arthur и Bonneville к концу ХХ в. стали нерентабельными. Было принято решение: фабрики остановить и уволить 4400 работников. Был разработан проект новой фабрики Copperton, она была построена вместо старых с современным высокопроизводительным оборудованием и в настоящее время работает рентабельно на том же месторождении [115].

Однако, как при строительстве новой фабрики, так и при ее реконструкции все начинается с технологического регламента.