Горнодобывающая отрасль является одной из ключевых отраслей экономики России.
Добыча полезных ископаемых и обрабатывающие производства занимают четверть общего объема ВВП страны и показатель этот, по оценке Минэкономразвития РФ, не снизится до 2025 года.
В отрасли, которая является одним из основных источников экспортных доходов государства, заняты более 2 млн человек. Опережающее развитие добычи и переработки полезных ископаемых и наличие значительных природных ресурсов и запасов предъявляет новые требования к технологиям и их проектированию.
Добыча рудных полезных ископаемых может осуществляться открытым способом или подземным, в особых случаях — комбинированным методом. Способ отработки месторождения зависит от геологических и горнотехнических условий залегания рудного тела, а также экономической эффективности.
01 Открытый способ добычи
Открытая добыча применяется при относительно небольшой глубине залегания руды и позволяет добывать ее большими объемами.
Основным этапом открытой добычи является разработка карьера или карьерного поля. Сначала проводится геологическое изучение месторождения, определяются запасы руды и ее качество. Развитие карьера условно можно разделить на несколько этапов:
- Проектирование карьера. Определяется местоположение будущего карьера, его размеры, способы добычи и технологии.
- Подготовительные работы. Проводится очистка территории от растительности, подготовка площадок для техники и складов пустой породы, верхнего плодородного слоя и др.
- Добыча руды. После выемки руды она транспортируется на специальные обогатительные фабрики, где происходит ее обработка и извлечение металлов.
- Вскрытие рудного тела. Проводится взрывное разрушение верхней пустой породы и ее транспортировка в отвал.
- Рекультивация территории. После окончания добычи карьера производится восстановление природной среды путем посева растительности, восстановления плодородного слоя и других методов.
02 Подземная добыча
Подземная добыча является более сложным способом добычи, который применяется при глубоком залегании руды и невозможности использовать открытый метод. Такой способ более дорогостоящий и требует дополнительного изучения месторождения.
Для доступа к рудному телу используются различные подземные горные выработки: штольня, шахта, ствол и др. Добыча руды может производится как с помощью взрывных работ, там и механическим способ с применением различной техники. Транспортировка руды и пустой породы из горных выработок может осуществляться автомобильным и железнодорожным транспортом, возможно применение конвейерной транспортировки.
03 Комбинированный способ
Комбинированный способ применяется при последовательном вскрытии рудного тела.
Выбор способа отработки зависит от многих факторов:
Бывают исключительные месторождения, где руда настолько богатая, что процесс обогащения можно пропустить. Например, железная руда на месторождении Яковлевское содержит такое высокое количество железа, что ее обогащение не требуется, а на месте производятся только дробильно-сортировочные операции.
После добычи руда доставляется на обогатительную фабрику для извлечения ценного компонента. Товарной продукцией обогатительной фабрики является концентрат с высоким содержанием ценного компонента. Если в исходной руде содержится несколько ценных компонентов, то и концентратов будет соответствующее количество. После обогатительной фабрики концентраты перерабатываются на заводе по производству металла или на химическом заводе для получения конечного продукта. Концентраты железной руды перерабатываются на сталеплавильном заводе для производства стали, а концентраты медной руды — на медеплавильном заводе для производства меди. Иногда конечной продукцией является лигатурное золото, которое далее направляется на аффинажный завод для получения золотых слитков. Обогатительная фабрика — это только один из этапов получения металла для его возможно дальнейшего использования.
Процесс переработки руды на фабрике включает в себя три основных этапа:
ЭТАП Рудоподготовка
Рудоподготовка — это комплекс процессов, направленных на получение заданного гранулометрического состава руды для последующих операций переработки руды. Рудоподготовка состоит из дробления, грохочения, измельчения и классификации.
Поступающая руда на фабрику может быть размером от 400 мм до 900 мм, в то время как для обогащения класс крупности должен быть менее 0,1 мм. При обогащении крупность измельчения руды обозначается через проценты того или иного размера. Например, содержание 80% класса крупности минус 0,074 мм означает, что через сито с размером ячейки 0,074 мм проходит 80% материала, а 20% остается на поверхности сита и крупность оставшейся части превышает размер 0,074 мм.
Схема рудоподготовки и выбор оборудования определяется на основании физико-механических свойств руды, которые определяются различными тестами, а также требуемой конечной крупности материала. В зависимости от типа руды это могут быть одностадиальные схемы дробления, или двух- и трехстадиальные, и это же относится к измельчению руды. Операция дробления обычно идет совместно с грохочением. Дробленый материал просеивают на грохоте, куски, которые провалились через сито направляются на дальнейшую операцию, а руда, которая оказалась крупнее, возвращается в дробилку.
Рудоподготовка потребляет до 50% от всего объёма электроэнергии предприятия. Помимо потребления электроэнергии, крупность измельчения влияет на вариативность дальнейших процессов. Если схема и оборудование выбраны некорректно, то ценный компонент могут не раскрыться и остаться в пустой породе. В таком случае потери возрастают и извлечение металла происходит не эффективно. Помимо недоизмельчения, отрицательно может повлиять и переизмельчение. Частицы металлов становятся слишком мелкими и не улавливаются обогатительным оборудованием, что также ведет к потерям. В связи с этим исследования и расчеты по выбору измельчительного оборудования должны быть выполнены на научном уровне.
В последние 20 лет наиболее распространенной схемой измельчения стала комбинация из мельниц полусамоизмельчения и шаровой. Мельница позволяет совместить последнюю стадию дробления и первую стадию измельчения. Что в свою очередь сокращает не только потребление электроэнергии, но и количество оборудования.
После операции измельчения для обеспечения стабильного выхода крупности устанавливается классифицирующее оборудование. На первых стадиях и более крупном материале это может быть спиральный классификатор, а на мелком классе крупности это гидроциклоны. В первом случае разделение материала происходит под действием гравитационных сил — более крупный материал осаждается быстрее, а мелкие частицы не успевают осесть и их смывает водой, а во втором случае частицы разделяются под действием центробежной силы.
ЭТАП Обогащение
Далее полученный материал направляется на обогащение, где уже осуществляется повышение содержания ценного компонента в концентрате и снижение его содержания в отходах.
На обогатительных фабриках может применяться, как один из этих методов, так и их комбинации. При довольно ограниченных методах обогащения сочетание методов и их последовательность делают каждую обогатительную фабрику практически уникальной по схеме переработки руды.
ЭТАП Вспомогательные операции
К ним относятся сгущение, фильтрация, сушка, обезвреживание и др. Так как практически все процессы на фабрике происходят в мокрой среде, то на финальном этапе концентрат и отходы содержат высокое количество воды. Для избавления от воды сначала проводят сгущение продукта, а потом его фильтрацию. На выходе из фабрики концентрат может содержать от 8 до 12% влаги. Хвосты, т.е. отходы, довольно часто направляют в хвостохранилище по пульпопроводу, и только там уже твердая фаза осаждается, а воду с поверхности откачивают и подают обратно на фабрику. Если обогатительная фабрика находится в регионе с высокой сейсмичностью, или строительство хвостохранилища невозможно из-за рельефа местности, то в таком случае хвосты могут также сгущаться, а после фильтроваться. И уже в полусухом виде их складируют на специально подготовленные площадки.
Процессы обогащения делятся на следующие основные методы:
Гравитационные методы
Гравитационные методы обогащения основаны на разделении материала по плотности, размеру и форме частиц. Эти параметры напрямую влияют на скорость движения частиц в текучих средах под действием силы тяжести и центробежной силы. Чем выше разница этих свойств между ценным компонентом и пустой породой, тем легче и эффективнее происходит процесс разделения. Гравитационным методом обогащаются золото, серебро, свинец, платина, палладий и др. Неоспоримым плюсом гравитации является отсутствие реагентов и большой спектр оборудования: винтовые сепараторы, концентрационные столы, шлюзы, центробежные концентраторы, отсадочные машины и др.
Флоатационные методы
Флотационные методы обогащения основаны на различии свойств гидрофильности и гидрофобности минералов, то есть на различии в их смачиваемости. В специальных машинах пульпа перемешивается с пузырьками воздуха и гидрофобные минералы «цепляются» к этим пузырькам и всплывают на поверхность в виде пены. Флотация осуществляется во флотомашинах. Флотационные методы широко используются для обогащения сульфидных минералов и драгоценных металлов.
Для эффективного обогащения применяется большой спектр химических реагентов, они могут быть неорганическими и органическими соединениями различного состава — щелочами, кислотами, солями, продуктами нефтехимии и пр.
Можно выделить основные группы реагентов:
- собиратели – для повышения свойств гидрофобности поверхности минерала
- пенообразователи – для получения устойчивых пузырьков воздуха
- регуляторы – для поддержания нужного параметра рН среды
- депрессоры – для повышения свойств гидрофильности минералов
- активаторы – для восстановления активности поверхности минералов
Тип реагентов, их сочетание и количество, требуемое для операции флотации, определяется индивидуально для каждого типа руды. Например, для флотации сульфидных минералов в качестве собирателя чаще всего используется бутиловый ксантогенат калия. А вот пенообразователем могут выступать уже разные реагенты: сосновое масло, Т-92, МИБК и др.
Выбор реагентов и их расход оказывают высокое влияние на обогащение. При небольших изменениях вещественного состава руды или расхода реагентов извлечение ценного компонента может протекать неэффективно. Например, при избытке собирателя в пенный продукт будут уходить не только нужные минералы, но и дополнительное количество минералов пустой породы, а при недостаточном количестве или неправильном выборе типа пенообразователя пена на поверхности будет быстро разрушаться, и ценный компонент останется в камере флотомашины. Флотация требует тонкой настройки и более чувствительна к изменениям дозировки. При этом флотация остается одним из основных способов разделения полиметаллических руд: медно-молибденовых, свинцово-цинковых и др.
Магнитная сепарация
Магнитная сепарация позволяет выделять ценный компонент из руды по разнице магнитных свойств разделяемых минералов, то есть в основе магнитной сепарации лежит возможность притягивания минералов к магниту. При разделении получается два продукта — магнитный и немагнитный. Чаще всего магнитный продукт будет являться концентратом.
Данный метод переработки используется для обогащения железных, марганцевых, хромовых и других руд черных металлов.
Магнитная сепарация может протекать в воздушной и водной средах, которые соответственно называются сухая магнитная сепарация и мокрая магнитная сепарация. Магнитные сепараторы делятся по напряженности и силе магнитного поля на сепараторы со слабым магнитным полем и с сильным магнитным полем. Сильномагнитные руды обогащаются на слабомагнитных сепараторах, так как для их притяжения требуется слабое поле, а для слабомагнитных руд, наоборот, необходимы сильномагнитные сепараторы.
Несмотря на простоту процесса, магнитные сепараторы имеют большое количество различных подвидов, которые отличаются по направлениям потока руды и вращения барабана, по способу подачи руды в аппарат, по типу чередования полюсов, по типу самой магнитной системы и пр.
Гидрометаллургические методы
Гидрометаллургические методы переработки руды основаны на избирательном растворении металлов в химических реагентах с выделением ценного компонента. Применяются как самостоятельные методы, так и в совокупности с другими, чаще всего используют там, где гравитационные и флотационные методы переработки неэффективны. Хотя данный метод не является универсальным, он довольно часто применяется для извлечения золота.
Одним из самых применяемых гидрометаллургических способов переработки является выщелачивание. Измельченный материал поступает в агитационные чаны, куда подается растворитель, который растворяет металл. После этого отделяют раствор от твердой фазы и уже из раствора извлекают металл. Растворителем могут выступать кислоты, щелочи, водные растворы солей. Из раствора металл извлекают электролизом, и конечной продукцией в таком случае является катодный осадок.
01 Выбор схемы переработки
02 Капитальные затраты
03 Особенности строительства горно-обогатительных комбинатов
Перечень объектов ГОКа варьируется в зависимости от способа добычи и технологии переработки руды. Ввиду того, что освоение новых месторождений требует большого объема проектирования, в состав горно-обогатительного комбината входит широкий перечень объектов:
Томинский ГОК
Русская Медная Компания
Для успешной работы проектировщик горно-обогатительных комбинатов должен обладать высокой квалификацией и компетенциями:
- технологии добычи и переработки полезного ископаемого;
- опыт работы с горно-обогатительным оборудованием;
- умение проектировать комплексные производственные системы;
- знание нормативных документов и требований к экологической безопасности;
- опыт работы с протяженными инженерными коммуникациями и энергетическими объектами;
- умение координировать работу сотрудников заказчика и инвестора в процессе проектирования и строительства горно-обогатительных комбинатов;
- знание основ экономики и финансов, умение оптимизировать капитальные затраты;
- умение анализировать данные и принимать решения на основе анализа рисков и потенциальной прибыли.
Крупнейшими отечественными горно-добывающими предприятиями являются:
Мировыми лидерами по объемам добычи полезных ископаемых являются Китай (220 млрд долл.) и США (120 млрд долл.). Такие компании, как американские Freeport-McMoRan и Newmont Mining, китайские China Minmetals, Zijin Mining и China Coal Energy являются постоянными участниками рейтингов ведущих добывающих компаний мира. Их главными конкурентами являются австралийско-британские концерны BHP Group и Rio Tinto, бразильская Vale, золотодобытчики из Канады Barrick Gold.
Россия традиционно входит в список крупнейших горнодобывающих стран мира по двум ключевым показателям — объему добычи и экспорту.
По состоянию на второе полугодие 2023 года наша страна занимает 3-е место по добыче, которая оценивается на уровне 55 млрд долл.
В горнодобывающей отрасли есть несколько направлений инжиниринговой деятельности:
- Научно-исследовательские лаборатории и институты
Занимаются проведением исследовательских работ для разработки технологии переработки руды. Итогом их деятельности является технологический регламент, который будет лежать в основе проектирования фабрики. - Компании, которые занимаются подсчетом запасов для постановки их на баланс
Сюда входят такие работы как технико-экономическое обоснование (ТЭО) временных или постоянных кондиций, разработка технического проекта отработки месторождения (просьба не путать с проектной документацией). Эти документы проходят экспертизу в ГКЗ и являются неотъемлемой часть разрешительной документации. - Проектные организации, которые занимаются полным комплексом подготовки проектной документации согласно установленным нормам проектирования
- Консалтинговые компании, которые занимаются подсчетом ресурсов и запасов по методике JORC
Данные работы требуются для привлечения дополнительных иностранных инвестиций и могут проводится на любом этапе развития проекта. - Аудиторские компании, которые выполняют полный и всесторонний анализ проекта для инвесторов и кредитных организаций.
Если у вас остались вопросы, сообщите нам, и мы свяжемся с вами в ближайшее время
