Современная стратегия развития переработки минерального и техногенного сырья

Переход на новую стратегию первичной переработки возможен только на основе новой технолого-минералогической оценки месторождений. В настоящее время технологическая минералогия имеет в своем арсенале ряд современных прецезионных методов физического и физико-химического анализа вещества, а при соответствующем уровне компьютеризации и наличии программного обеспечения возможна также экспрессная достоверная информация не только о химическом и минеральном составах полезного ископаемого, но и о технологических свойствах минеральных ассоциаций. Первые исследования золотосодержащих руд, карбонатных марганцевых руд и высокосернистых углей путем анализа изображений указывают на перспективность и эффективность данного метода, обеспечивающего возможность прогноза обогатимости сырья, особую актуальность его для оценки технологических свойств минеральных комплексов техногенных месторождений. Технологическая минералогия должна стать информационным фундаментом единого теоретического подхода к процессам первичной переработки минерального и техногенного сырья.
Первое направление исследований: создание программно-аппаратного комплекса, проведение экспрессной технолого-минералогической оценки природных и техногенных месторождений на основе имидж-анализа и создание научно-обоснованной технологии комплексной переработки руд и углей, в том числе для высокосернистых углей России, труднообогатимых карбонатных марганцевых руд Усинского, Порнокского и Порожнейского месторождений, золотосодержащих упорных руд россыпных и техногенных месторождений.
Наличие технолого-минералогической информации позволит отойти от принципа разработки месторождения как источника моноруды. Более целесообразно для этой цели в схеме первичной обработки развить передел рудоподготовки как комплекс операций по обработке кусковой горной массы с целью превращения ее в один или несколько технологических типов кондиционной руды для последующего обогащения или использования в качестве товарного продукта.
Изучение обогатимости руд цветных, черных и редких металлов, горнохимического сырья показало, что радиометрической сепарацией можно удалить от 20 до 50 % отвального продукта, который может быть использован в качестве строительного материала, в 1,3-1,9 раза повысить содержание ценных компонентов, поступающих на обогащение, в 1,2-1,5 раза снизить количество отходов и вовлечь в переработку забалансовые руды.
Анализ основных потерь в процессах первичной переработки свидетельствует, что 35-40 % потерь обусловлено наличием сростков и 30-35 % — наличием тонких частиц менее 40 мкм. Для того чтобы снизить эти потери при переработке тонковкрапленных руд без образования сростков и одновременно без излишнего переизмельчения, традиционные процессы неселективного дробления и измельчения в щековых, конусных дробилках и шаровых мельницах должны быть заменены процессом селективной дезинтеграции.
Второе направление исследований: разработка общей теории интергранулярного разрушения горных пород, механических и энергетических методов интенсификации разупрочнения минеральных комплексов и создание новых технологий радиометрического обогащения труднообогатимых руд.
Внедрение методов селективной дезинтеграции и радиометрической сепарации позволит снизить в 1,5-2,5 раза энергозатраты на процессы измельчения, повысить производительность фабрик в 1,5-1,9 раза и показатель извлечения ценных компонентов на 3-10 %, снизить техногенную нагрузку на окружающую среду.
Перечисленные выше факторы принципиально важны для повышения эффективности обогатительных процессов, достигших на данном этапе пределов своих возможностей. Поскольку обогащение предусматривает разделение минералов без изменения их фазового и химического состава, современные обогатительные методы непригодны для переработки руд с субмикрозернистой структурой.
Основным противоречием современного состояния сырьевой базы и традиционной технологии первичной переработки является необходимость вовлечения в эксплуатацию руд, углей и техногенных месторождений, содержащих минеральные агрегаты, которые невозможно раскрыть на минеральные фазы, а следовательно, невозможно и обогатить. Кардинальное решение этого противоречия - переработка данных типов руд в условиях горнометаллургических комбинатов, когда в цикле обогащения в концентраты извлекают только легко-обогащаемую часть ценных минералов, а нераскрытые минеральные агрегаты (в виде промежуточного продукта) направляют в металлургический цикл. Степень концентрирования минерального сырья при первичной обработке, после которой целесообразна его передача на металлургическую переработку, необходимо определять для каждого конкретного месторождения с учетом особенностей минерального состава и структуры руды. Оптимальное качество концентрата, при котором дальнейшее обогащение неэффективно, а в ряде случаев бессмысленно, нужно определять расчетным путем, начиная с момента добычи руды до момента получения металла (конечной продукции). Для месторождений с субзернистым срастанием рудных минералов нецелесообразно осуществлять селекцию, гораздо выгоднее передавать на металлургический передел коллективные концентраты и промпродукты. Пиро- и гидрометаллургические процессы, обеспечивающие переработку бедного сырья, позволят получать по комбинированной обогатительно-металлургической технологии металлы или химические соединения при высоком сквозном извлечении компонентов и максимальной комплексности использования сырья.
Третье направление исследований: создание новых высокоэффективных, экологически безопасных процессов комплексной переработки и вскрытия труднообогатимых руд и техногенных месторождений на основе комбинирования современных методов обогащения, пиро- и гидрометаллургии с использованием дополнитеттых энергетических воздействий. В том числе:
- создание новых процессов первичной переработки труднообогатимых руд и сырья из техногенных образований (в первую очередь упорных золотосодержащих, оловосодержащих и полиметаллических руд) на основе комбинирования эффективных методов обогащения с пиро- и гидрометаллургическими процессами;
- разработка высокоэффективных методов раскрытия упорных руд и техногенных образований, их переработки в процессе кучного выщелачивания;
- разработка высокоэффективной технологии переработки фосфорсодержащих, карбонатных марганцевых руд (Иркутская область, Мордовия, Урал) для частичной компенсации дефицита марганца в России;
- разработка технологии глубокого обогащения угля с получением концентрата зольностью менее 2 % и содержанием серы менее 1 % для использования конечного продукта в водоугольных суспензиях, а также с целью охраны окружающей среды при сжигании угля в ТЭЦ;
- разработка технологии снижения вредных примесей (сера, фосфор) в железных концентратах с целью оздоровления экологической обстановки на металлургических предприятиях и обеспечения возможности экспорта концентратов;
- внедрение электрохимических методов водоподготовки промышленных и шахтных вод горно-металлургических предприятий, обеспечивающих охрану окружающей среды и повышение технологических показателей в условиях замкнутого водооборота;
- создание и внедрение новых процессов и аппаратов для избирательного изменения технологических свойств минералов на основе энергетических воздействий с целью значительного (1,3-1,8 раз) снижения энергозатрат на измельчение и вовлечения в переработку руд сложного вещественного состава;
- создание модульных передвижных обогатительных комплексов производительностью от 10 до 400 т/сут для переработки сырья малых и техногенных месторождений.
Главное направление развития фундаментальных знаний в области первичной переработки минерального и техногенного сырья состоит в изучении взаимосвязи структурного, вещественного и фазового составов природного и техногенного сырья с физическими, физико-химическими и технологическими свойствами минералов, сочетании методов физико-химического моделирования процессов разделения минералов с экспериментальными исследованиями основных процессов обогащения, создании теории интегранулярного разрушения минеральных комплексов и механизма интенсивного раскрытия упорных руд и техногенных образований.
Сложность и многоплановость проблемы требует прежде всего объединения сил организаций РАН, вузов и отраслевых институтов, связанных с проблематикой минерального сырья, для проведения фундаментальных исследований, соответствующая программа которых должна быть, разработана Научным советом по проблемам обогащения полезных ископаемых РАН. Реализация программы позволит к 2010 году повысить показатель извлечения металлов на 10-15 %, получить высококачественный угольный концентрат, вовлечь в переработку забалансовые руды и техногенное сырье, восполнить дефицит по марганцу, снизить энергоемкость и повысить производительность труда в 2-3 раза, резко улучшить экологическую обстановку в горнопромышленных регионах.

---