Практически все полезные ископаемые сегодня обогащают так называемым «мокрым» способом. Гравитационные технологии и флотация являются решениями популярными и универсальными. Эти методы в ходу уже несколько десятилетий, за которые не произошло существенных технологических изменений.



Да, развиваются системы автоматики, процесс становится более управляемым, глубина обогащения увеличивается. Однако сами технологии остаются прежними, и, например, на обогатительной фабрике Среднеуральского медеплавильного завода, запущенной в 1930-х годах, схема обогащения медной руды не претерпела радикальных изменений, хотя модернизация производства идёт постоянно.
Так есть ли альтернатива «мокрому» обогащению, и насколько перспективно обогащение «сухое»?
Речь, конечно, не о воздушном обогащении, которое применяют, например, при отделении от вмещающих пород асбестовых волокон. Технологию в прошлом веке применяли и для легкообогатимых углей, но сегодня о ней говорят как о решениях вчерашнего дня. А вот электросепарация вполне может претендовать на звание обогатительной технологии будущего.
Столь популярный способ «мокрого» обогащения при всей своей эффективности имеет ряд известных и довольно существенных недостатков. Важнейший из них, конечно, связан с огромной водоёмкостью производства и необходимостью организации водно-шламовой схемы. Кроме того, очевидно, что на перемещение этих огромных масс воды впустую тратится энергия.
Современные вспомогательные агрегаты, помогающие замкнуть цикл и отказаться от жидких шламоотстойников, конечно, сделали обогатительные предприятия заметно более «зелёными», но «водная проблема» по-прежнему актуальна. Обостряется она, когда речь идёт о добыче полезных ископаемых в северных регионах.
Кроме того, строительство и эксплуатация таких предприятий требуют больших капитальных затрат. По словам зам. главного конструктора по науке ООО НПФ «ТеплоЭнерго-Пром» Олега Черных, половина затрат на строительство ГОКа и поддержание его работы приходится на обогатительный комплекс, значение имеет, в частности, высокая энергоёмкость работающего здесь оборудования.
В общем, вопросы к «мокрому» обогащению имеются.

«Сухое» обогащение сегодня

Нельзя сказать, что «сухое» обогащение — это недостижимая футуристическая технология, ведь некоторые её элементы в ходу уже сейчас. Например, рентгено-радиометрическую сепарацию сегодня используют на одной из обогатительных фабрик в Свердловской области.
Здесь действует крупнокусковая сортировка, идёт работа с фракцией 40–300 мм. На самом деле, это уже позитивный результат, ведь уже на начальном этапе удаётся отделить заметный процент пустой породы, чтобы не прогонять её через всю технологическую цепочку.
Над развитием технологии рентгено-радиометрической сепарации сегодня работают специалисты «Иргиредмета», их усилия направлены на работу с золотосодержащей рудой. По словам сотрудников института, в основе технологии заложен рентгено-флуоресцентный метод, который позволяет производить сортировку кусков руды по прямому содержанию полезных элементов.
Сепарация производится по совокупности элементов, являющихся генетическими спутниками золота. Руда получает мягкое рентгеновское излучение, а оно вызывает ответное излучение, которое отличается от других минералов в зависимости от входящих в состав куска элементов.
Специалисты «Иргередмета» также отмечают, что эффективность рентгенорадиометрической сепарации доказана в результате исследований, испытаний и внедрений на множестве месторождений — таковых уже более 300.
Что же касается диапазона крупности, то иркутские разработчики снова говорят о больших кусках породы от 20 до 200 мм, есть потенциал применения технологии на руде от 10 до 300 мм. То есть речь, опять же, идёт о крупнокусковой сортировке.
«Метод пробивается, хотя и с трудом. Он довольно универсален, может использоваться не только при работе с золотосодержащей рудой, но другими полезными ископаемыми. Но настоящее обогащение, по сути, начинается дальше, когда мы измельчаем руду до нескольких десятков микрон», — объясняет Олег Черных.
На следующих стадиях, когда идёт работа с более мелкими фракциями, применима технология электросепарации — процесс разделения сухих частичек полезного ископаемого или материалов в электрическом поле по величине или знаку заряда либо по поверхностной электропроводности.
Сегодня этот метод также используют в промышленности, но не повсеместно, а только для обогащения специфических руд: титан-циркониевых, танталониобиевых, оловянно-вольфрамовых, редкоземельных. Например, на недавно запущенном Туганском ГОКе «Ильменит» в Томской области работа с титан-цинкониевыми рудами идёт с применением именно этой технологии.

Технологическая цепочка

Почему же электрическую сепарацию не используют для обогащения других типов руд? Олег Черных объясняет: сегодня применение этого метода основано на природных контрастных свойствах различных минералов. Однако не все полезные ископаемые природа наделила такими характеристиками и контрастностью свойств.
Но ведь и флотация не происходит без участия реагентов, с помощью которых природные поверхностные свойства минералов удаётся скорректировать, чтобы их разделить. Просто флотация — метод старый, отработанный, реагентика для него подобрана. Для электрической сепарации это тоже возможно, проблема это решаемая.
Но сложность в следующем: нет оборудования, с помощью которого можно было бы осуществлять обогащение методом электрической сепарации. Точнее, так: нет производительного оборудования. Екатеринбургская компания «Русская Корона» много лет успешно производит необходимые сепараторы, но их производительность — не более 15 т/час.
В целом это промышленные установки, и есть в нашей стране производства, где речь идёт о 5 т/час. Но есть и такие, где перерабатывать нужно миллионы тонн в год, и для них необходимого оборудования пока не создано.
«У нас есть понимание, как масштабировать это оборудование, как создать решения для всей производственной цепочки», — уверенно говорит Олег Черных.
Начинается эта цепочка со всем известных роторных дробилок, которые производят многие заводы, в том числе и в России.
Следующий этап — это грохочение, разделение на фракции. ООО «ТЭП» предлагает собственную конструкцию ротационно-вероятностного грохота с регулируемой границей разделения. Патент у разработчиков уже есть, возможен выпуск грохотов производительностью до 500 т/час.
Далее — мельница. ООО «ТЭП» предлагает использовать многоступенчатую мельницу: такая конструкция поможет добиться нужной тонины помола. Аппарат специалисты разработали с функцией одновременной подсушки, а главная особенность состоит в том, что мельница продувается потоком горячего газа, который не даёт переизмельчить материал, вынося его из зоны размола.
За мельницей следуют пневмоклассификаторы. Разработчики уже продумали и запатентовали несколько вариантов конструкций производительностью до 300 т/час.
«То есть мы уже видим, как будет построена вся цепочка рудоподготовки. Под конкретные материалы, под конкретную производительность нужно компоновать технологическую линию, эти задачи уже нужно решать индивидуально.
Но пневмосепарация позволит разделить материалы мельчайших фракций, до микронных размеров. Все эти решения уже продуманы и просчитаны, испытаны на опытно-промышленных образцах, сомнений в их работоспособности у нас нет», — заверил Олег Черных.
На этом этапе материал уже фактически готов к электросепарации. Остался один важный процесс — реагентная обработка. По словам г-на Черных, он может проходить как непосредственно в пневмосепараторе, так и в отдельном смесителе.
Полагаясь на свой производственный опыт, специалисты ООО «ТЭП» даже предлагают объединить процессы пневмосепарации и сушки, ведь компания разработала оригинальные нефутерованные топки, и эти решения уже нашли промышленное применение.
Специалисты ООО «ТЭП» не смотрят на технологию «сухого» обогащения как на нечто фантастическое и несбыточное, по их мнению, реализовать эти решения вполне возможно. Эксперты даже видят следующий шаг: а что, если с системами «сухого» обогащения (или предобогащения) спуститься прямо в рудник?
Это станет настоящим прорывом в отрасли, ведь на поверхность не придётся транспортировать сотни тонн пустой породы, а это возможность для масштабной оптимизации затрат.
«Конечно же, мы не сможем спустить под землю технологию термической сушки. Но решение уже есть, пока теоретическое: нужно пойти по пути сушки вакуумной. Эту идею развивает мой коллега, технический директор ООО «Русская Корона» Анатолий Урванцев. Если руду вакуумировать, то энергозатраты на сушку сократятся в 100 раз.
Представляете, в 100! Не нужно газа, не нужно мощных систем пылегазоочистки. Вакуумные сушилки в промышленности применяются, их создаёт как минимум одна известная мне немецкая фирма, но проблема опять же в низкой производительности этого оборудования.
Но ничего сверхсложного в разработке такого оборудования нет: для многотонажных производств принципиально герметизировать узлы загрузки и разгрузки. Я вас уверяю, это абсолютно реально», — увлечённо рассказывает Олег Черных.

Ставка на науку

Реализация этих проектов, конечно, потребует большого объёма НИОКР. Но Олег Черных не видит в этом ничего страшного, ведь у России есть огромный научный потенциал.
«Речь идёт о возможности качественного скачка в обогащении полезных ископаемых. Не шага — скачка! Да, требуются средства на НИОКР, но они не сопоставимы с теми суммами, которые можно сэкономить за счёт реализации таких проектов. Мы решили пойти по пути грантов на научно-исследовательские работы, тем более что в России появляются необходимые структуры, мы видим, что на государственном уровне есть интерес к продвижению инноваций», — говорит г-н Черных.
При этом специалисты «ТЭП» понимают, что замахнулись на большое дело и в одиночку с задачей не справиться — нужна команда. Сегодня компания кооперируется с уже упоминавшимся ООО «Русская Корона», предприятием, которое много лет работает с электро-сепараторами, а также с представителями научного сообщества из ПНИПУ.
А в целом разработчики настроены весьма оптимистично, отмечая, что в России сегодня есть такое количество талантливых инженеров, что при грамотном подходе реально решить любую технологическую задачу.

К слову

Выступая на конференции «Рудник будущего — 2021», заместитель директора по научной работе Института «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА», известный специалист в области карьерного транспорта Игорь Зырянов рассказал, что на карьере «Зарница» для получения 4 граммов алмазов перерабатывают 100 тонн кимберлитовой руды.

Всю эту огромную массу руды компания транспортирует на расстояние в 16 км, теряя огромные деньги. «Сухое» обогащение могло бы стать решением проблемы. Идея уже звучала несколько лет назад, однако до реализации дело так и не дошло.

Истратова К., Черных О.Л. Есть ли будущее у «сухих» методов обогащения? Интервью. Добывающая промышленность №3, 2022г., с.90-92.