Добыть, обогатить и сэкономить: Горный институт Кольского научного центра РАН создает новые технологии
05 марта 2021 г.
Горный институт Кольского научного центра РАН (КНЦ РАН) разработал и внедрил магнитно-гравитационный сепаратор МГС-2.0, повышающий качество минеральных продуктов и уменьшающий затраты на их производство.
Сепаратор МГС-2.0 работает на Костомушском ГОКе – АО «Карельский окатыш» (ПАО «Северсталь»). Сразу 48 установок позволяют производить из труднообогатимой руды Костомукшского месторождения высококачественный железорудный концентрат с содержанием железа не менее 70 процентов. При этом объем инвестиций в 2020 году на оснащение производства железорудного концентрата высокоэффективным магнитно-гравитационным оборудованием составил 499 млн рублей, в то время как ожидаемый эффект от внедрения разработки составит не менее 300 млн рублей в год. То есть, разработка апатитских ученых для промышленников окупится в течение полутора лет.
Сегодня интерес к МГС-2.0 проявили обогатительная фабрика ООО «ГРК «Быстринская» (Норникель), АО «Южный ГОК» (Украина), а АО «Стойленский ГОК» (ПАО «НЛМК») уже проводит тендер на установку 76 сепараторов в течение 2021 года на Соколовско-Сарбайском ГОКе в Казахстане, в цехе рудоподготовки и обогащения промышленного комплекса, завершен первый этап испытаний магнитно-гравитационного сепаратора МГС-2.0, предназначенного для высокоселективного обогащения магнетитовых руд. Новая технология позволила увеличить в железорудном концентрате содержание железа, а значит, было решено продолжать испытания. В ближайшие два года в сотрудничестве с разработчиками технологии – Горным институтом КНЦ РАН – планируется завершить необходимый объем исследований.
Не менее важной является совместная работа ученых КНЦ РАН и коллег по исследованию способов повышения энергоэффективности измельчения горных пород и выделения из них ценных компонентов. Научные сотрудники Горного института изучали различные комбинации процессов измельчения и сепарации горных пород, в том числе, разделение этих операций на несколько этапов. Испытания, проведенные с помощью опытной установки, показали возможность сокращения энергозатрат на 10-15 процентов при достижении той же степени эффективности сепарации. Их коллеги из Технического университета Лулео (Швеция) изучили влияние добавок, которые делают процесс измельчения и сепарации более эффективным: при сухом измельчении количество энергии может быть снижено до 30 процентов.
Сегодня ключевыми направлениями работы Горного института являются фундаментальные и прикладные исследования, направленные на освоение и развитие минерально-сырьевой базы Арктической зоны России и других регионах.
"На Кольском полуострове работают несколько крупных предприятий с полным циклом производства готовой продукции, где добывают природное сырье и обогащают его. Со дня своего основания Горный институт участвует как в разработке технологии добычи руды, так и в ее переработке до получения минеральных концентратов, – рассказывает заместитель директора Горного института по науке Александр Опалев. – Когда предприятие собирается запускать новое производство, или модернизировать действующее ради повышения технологических показателей, оно нуждается в исследованиях, чтобы наверняка знать – какой возможен результат, в том числе и экономический. И тут на помощь приходят ученые, чьи работы имеют исключительную практическую значимость. Таким образом, получается, что мы работаем на конкретный результат, эффективность которого определяет промышленность и потребитель. Когда промышленность нуждается в технологиях и готова за них платить – это и есть научно-технический прогресс".
За 60 лет работы института сотрудники Горного прекрасно изучили работу профильных предприятий, задачи для которых сегодня определяются мировым рынком потребления. Именно он диктует стандарты качества концентратов, содержание полезных веществ в которых должно быть выше, чем раньше при том, что сама руда сегодня беднее, чем несколько десятилетий назад. Традиционными методами достичь нового качества возможно, но трудозатратно и не всегда экономически оправдано. Ведь обогащение – это экономическая составляющая. Как сказал Опалев, «из любой горной породы можно выделить любой минерал, но какова будет цена?».
"Совершенствование обогащения в части повышения качества концентрата, как правило, требует дополнительных затрат, и может привести к тому что будет экономически невыгодно его получать. А мы даем промышленности такие разработки, которые позволяют минимально повышать себестоимость и максимально – технико-экономические показатели, в том числе и качественные" – пояснил эксперт.
Для разных предприятий Горный институт решает разные вопросы, но, в основном, все они связаны с увеличением извлечения полезного минерала из определенного объема руды. Потребности рынка сегодняшнего дня – в соотношении качества продукции и ее себестоимости.
"Основная наша задача состоит в том, чтобы создавать такие технологии, которые позволяют максимально эффективно использовать производственное оборудование, для достижения максимальных экономических показателей, – говорит Опалев. – И с помощью опытно-промышленных испытаний мы показываем заказчику, что он получит, какой продукт, из предоставленных образцов руды.
Специалисты Горного института в лабораторных условиях занимаются различными технологиями обогащения руд, разработкой возможностей предконцентрации – способа, который заранее позволяет отсеивать пустую породу, уменьшая объем поступающей руды на фабрики и, соответственно, снижая затраты на переработку и повышая производительность. Институт при внедрении любых новый методов осуществляет их научное сопровождение.
Методы сепарации, разработанные коллективом Горного института, соответствуют разнообразному минеральному составу конкретной руды.
"Для апатита ничего лучше не придумано, чем флотация, – поясняет Александр Опалев, – это один из старейших методов, наиболее селективный, подходит для обогащения практически любых руд. При этом он дорогой, с точки зрения экологии – небезупречный: здесь идет использование воды, реагенты бывают токсичными. Более дешевыми и экологичными методами сепарации можно назвать гравитационный и магнитный, есть также электрическая сепарация, когда минералы разделяются по электропроводности. Могут они быть и комбинированными между собой. Железорудные фабрики, как правило, выбирают магнитную сепарацию. Вот, например, для гематита, немагнитного и тяжелого, отлично работают гравитационные схемы с винтовой сепарацией. Золото таким же образом хорошо обогащается. Так что, методы сепарации и технологии обогащения руд выбираются по свойствам минералов, а лавируя в экономических условиях и исходных природных данных, мы изобретаем способы, которые становятся востребованными".
Новые задачи для ученых Горного института ставит и вовлечение в переработку бедных руд, при этом с одной стороны снижается количество полезного компонента в добытой горной массе, с другой он становится все более тонковкрапленным, а значит труднообогатимым. Существующие методы не справляются, надо придумывать новые технологические решения, чтобы улучшить работу при обогащении этих руд и снизить потери. А ведь при снижении качества руды необходимо еще и повышать качество концентрата, а значит и его конкурентноспособность. Этим сегодня и занимаются в институте: создают рациональные и энергосберегающие инновационные технологии, чтобы снизить себестоимость при ухудшении параметров входящего продукта и поднять его конечное качество. Таким образом, рынок стимулирует научный поиск, а наука помогает промышленникам экономить деньги.
Александр Опалев не зря упомянул опытно-промышленную обогатительную установку – мини-фабрику, где проводится полупромышленная отработка технологий обогащения апатито-нефелиновых, медно-никелевых, кианитовых, хромовых, титансодержащих, редкометалльных и других руд как месторождений Мурманской области, так и других регионов страны. Она, единственная сегодня в стране, включает сектор лабораторных и сектор технологических испытаний, была построена в Апатитах в 1975 году, и с тех пор помогает ученым и промышленникам принимать по-настоящему важные и экономически эффективные решения. Здесь можно собрать любую обогатительную схему и переработать до 40 тонн руды, чтобы получить результат, близкий к фабричным условиям.
Экспериментальная фабрика имеет широкий перечень обогатительного оборудования, в том числе и разработанного в институте. Оно обеспечивает выполнение полного цикла технологических работ, начиная с дробления и заканчивая производством готового концентрата. Для обогащения используются флотационные, гравитационные и магнитные методы, электрическая сепарация и другие, при этом как на свежей воде, так и в условиях замкнутого водооборота с использованием сгустителей, моделирующих хвостохранилище, что обеспечивает возможность разработки и полупромышленной проверки экологически более чистых обогатительных технологий.
Как рассказал начальник сектора технологических испытаний опытного участка Алексей Голубцов, здесь приходилось перерабатывать различные руды – от медно-никелевых до свинцово-цинковых и серебросодержащих. Их привозили с Дальнего Востока, со Шпицбергена и из Казахстана – география обширна.
"Установка используется не только для отработки собственных технологий обогащения, но и для наработки опытных партий концентратов, которые присылает заказчик, - пояснил Голубцов. – Например, к нам поступали гранатсодержащие пески, мы их тут обогащали, нарабатывали гранатовый концентрат и отправляли готовый продукт заказчику, который проводил свои исследования для устройств пескоструйной очистки. Но и сами мы можем здесь же анализировать полученный продукт".
Руду, в зависимости от ее состава, испытываем на четырех видах сепарационных установок. Развиваются конструкции аппаратов, они становятся более производительными, подбираются оптимальные режимы.
Кроме того, на опытно-промышленной установке мы проводим подбор реагентного режима для руд более бедных. Допустим, на производство предлагают новый реагент, и мы можем проверить, можно ли его использовать на определенных рудах.
Сегодня на Кольском полуострове начинается возобновление старых и разработка новых рудных залежей, в том числе, появились перспективы добычи редкоземельного редкометалльного сырья. Его мировое потребление высоко, а монополистом является Китай, где много богатых месторождений. Но если раньше они продавали сырье, то теперь – лишь готовую продукцию и по высоким ценам. Поэтому в России будут развивать редкоземельную промышленность, сегодня речь идет о восстановлении Ловозерского рудника и о разработке в Африканде перовскитового месторождения. Все это означает, что у Горного института КНЦ РАН впереди еще годы интересной работы и научных свершений.