В статье рассматриваются низкобюджетные способы обогащения руд, в том числе метод рентгеноабсорбционной сепарации, который позволяет значительно сократить издержки за счет исключения воды, поскольку является проникающим и не требует особой подготовки материала к сепарации (промывка, очистка поверхности). Авторы: Алушкин И.В., Корнеев И.Г., Щипчин В.Б.

 

 

Введение

   

Современное состояние горнопромышленного комплекса и стремительное ухудшение качества добываемого сырья вынуждают специалистов искать новые, нетрадиционные подходы для решения стоящих перед ними технологических задач. Снижение качества исходного сырья ведет к увеличению себестоимости получаемой продукции, что негативно сказывается на экономических показателях предприятий, добывающих минеральное сырье, а порой и вовсе не позволяет вести разработку месторождений ввиду их убыточности.

С развитием техники и технологии были реализованы низкобюджетные радиометрические методы обогащения руд, основанные на взаимодействии различных видов излучений с веществом.

 

В качестве наиболее распространенных методов можно перечислить:

  • Фотометрический (Color) - основан на регистрации оптических характеристик сепарируемого материала (цвет, блеск, коэффициент отражательной способности).
  • Рентгенофлуоресцентный метод (XRF) - основан на регистрации возбужденного рентгеновскими трубками либо источниками гамма-излучения характеристического излучения атомов определяемых элементов, входящих в состав горных пород.
  • Рентгеноабсорбционный метод (XRT) - основан на различии в ослаблении потока рентгеновского излучения кусками породы и руды.

 


 

Вышеперечисленные методы радиометрического обогащения, в числе прочих, реализованы в серийно выпускаемом оборудовании компании TOMRA Sorting Solutions GmbH.

Предлагаемое компанией TOMRA оборудование позволяет выделять некондиционный материал уже на стадии крупного дробления, исключая его из дальнейшей технологии обогащения. При этом снижаются энергозатраты на процессы дробления и измельчения, затраты на транспортировку сырья к месту переработки, на финансирование хвостового хозяйства и др. Помимо этого возможна установка оборудования в конце производственной цепочки для разделения готового концентрата на сорта, что позволяет увеличить прибыль за счет реализации более качественной продукции.

  Область применения технологий компании Tomra довольно широка, что подтверждают положительные результаты, полученные при сортировке различных видов сырья, в числе которых
  • руды цветных металлов;
  • руды черных металлов;
  • руды благородных металлов;
  • руды редкоземельных металлов;
  • драгоценные камни;
  • уголь.

 


 

Оборудование Tomra для обогащения угля

   

Основной задачей обогащения угля является получение низкозольного концентрата, являющегося готовой продукцией большинства угольных разрезов. Традиционно для этого используются такие технологии, как отсадка и тяжелосредная сепарация. Процесс отсадки проходит в отсадочных машинах. Разделение происходит в результате периодического воздействия восходящего и нисходящего потоков (пульсаций) разделительной среды на слой обогащаемого материала (отсадочную постель), находящийся на решете. Сформировавшиеся из-за различной плотности материала слои раздельно выводятся в виде концентрата, отходов и промежуточного продукта. Тяжелосредная сепарация  наиболее простой и широко применяемый метод гравитационного обогащения. Технология основана на разделении минеральных компонентов уголь (сланец) по их удельному весу в устойчивой тяжелой среде, заданная плотность которой больше плотности самого легкого минерала (угля) и меньше плотности самого тяжелого минерала (сланец).Предлагаемая альтернатива традиционным методам обогащения угля –рентгеноабсорбционный метод радиометрического обогащения, реализованный в оборудовании компании TOMRA Sorting – промышленных сепараторах (Рисунок №1).

 

 

 Рисунок №1. Промышленный сепаратор COM Tertiary XRT (TOMRA Sorting GmbH)

 


 

Принцип работы сепаратора Pro Secondary XRT

 

 

Оборудование компании TOMRA Sorting GmbH позволяет проводить обогащение угля в диапазоне крупности 8-120 мм. В зависимости от задач сепарации и крупности исходного питания максимальная производительность по исходному питанию на одном сепараторе для угля достигает 150 т/ч. На сепарацию рекомендуется подавать классифицированный по классам крупности материал с модулем крупности не более 3. Исходный материал вибропитателем подается на транспортный узел сепаратора (транспортерная лента или наклонный лоток), затем материал по транспортеру подается в зону облучения и регистрации (Рисунок №2). Получаемые при этом рентгенограммы кусков обрабатываются по специальному алгоритму. Полученные данные переводятся в графический вид и анализируются ЭВМ сепаратора (Рисунок №3). На следующем этапе ЭВМ принимает решение о выделении каждого в отдельности куска из общего потока с помощью пневматических форсунок.В целом, рентгеноабсорбционные сепараторы для разделения минерального сырья по принципу обработки данных аналогичны системам сканирования применяемым службами безопасности при досмотре багажа в аэропортах.    

 

Рисунок №2. Схема работы сепаратора TOMRA Sorting GmbH  

 


 

Принцип работы сепаратора Pro Secondary XRT

 

 Фото исходного материла

 Рентгенограммы материала

Обработка рентгенограмм на ЭВМ сепаратора

Рентгеноабсорбционный метод является проникающим и позволяет определять куски со скрытыми рудными минералами и не требует особой подготовки материала к сепарации (промывка, очистка поверхности). Для оптимизации условий измерения кусков различной крупности и снижения влияния плотности материала на уровень сигнала, TOMRA Sorting использует два различных приемника излучения: с каналом низкой энергии и с каналом высокой энергии. ЭВМ сепаратора совмещает рентгенограммы кусков, обрабатывает, в результате чего определяются материалы с разными атомными плотностями (Рисунок 4). Рентгеноабсорбционная сепарация позволяет выделять в хвосты как все породные минералы, так и граничащий материал с определенным количеством сростков. В ходе сепарации анализируется площадь куска и в концентрат выделяется уголь требуемого качества (по процентному соотношению значений низкой энергии к площади всего куска).

 

   

Образцы угля с разным содержанием золы из разных забоев

Совмещены каналы высокой и низкой энергии облучения

Обработка на ЭВМ: красный – уголь, зеленый – промпродукт, синий – руда

Рисунок №3. Результат работы ЭВМ сепаратора TOMRA Sorting GmbH

 

 


 

Данный метод положительно зарекомендовал себя при сортировке угля на объектах в Турции и ЮАР, позволив избежать применения традиционных технологий обогащения с использованием воды, ресурсы которой в данной климатической полосе сильно ограничены. Испытания на каменном и буром угле России и Казахстана, серия которых запущена в настоящее время на исследовательской площадке ЗАО «Тране Текникк» в г. Электросталь, Московской обл. (ЗАО «Тране Текникк» является эксклюзивным представителем TOMRA Sorting) показали высокую эффективность применения метода рентгеновской абсорбции как для разделения рядового угля на сорта с различной зольностью, так и для выделения отвальных хвостов (Рисунок №5).

 


 Рисунок №4. Принцип работы ЭВМ сепаратора TOMRA Sorting GmbH

 


 

Сравнение традиционных методов обогащения угля и XRT сепарации Tomra

 

 

На сегодняшний день при обогащении угля наибольшее распространение получили методы тяжелосредной сепарации и отсадки, зарекомендовавшие себя как технологически эффективные методы, позволяющие обогащать уголь с высокой эффективностью в широком диапазоне крупности. Экспертами TOMRA Sorting проведен сравнительный анализ трех различных технологий обогащения угля:

  • Отсадка (JIG);
  • Тяжелосредная сепарация (DMS);
  • Рентгеноабсорбционная сепарация (XRT).

Анализ проводился на основе опубликованных данных, информации заводов изготовителей оборудования и собственных наработок TOMRA Sorting. Предпосылки применения различных методов обогащения угля приведены в таблице №1. Таблица №1 Предпосылки применения различных методов обогащения угля.

   

Рисунок №5. Продукты сепарации бурого угля: концентрат (слева), отход (справа).  

Таблица №1 Предпосылки применения различных методов обогащения угля

 

 

XRT сепарация

Тяжелосредная сепарация

Отсадка

Примечания

Коэф. загрузки оборудования, %

85

75

75

 

Исходная производительность, т/ч

250

200

700

На основании имеющихся данных по оборудованию

Мощность, кВт

364

1760

3500

В т.ч. вспомогательное оборудование

Срок службы оборудования, лет

10

10

10

 

Техническое обслуживание и ремонт (% от капитальных затрат)

10

5

5

Высокотехнологичное оборудование дороже в обслуживании

 

Стоит отметить, что основной статьей затрат на производство 1 тонны готовой продукции XRT методом является техническое обслуживание оборудования, тогда как в традиционных методах основные затраты идут на электроэнергию, повышая себестоимость продукции (Таблица №2).

 

 

XRT сепарация

Тяжелосредная сепарация

Отсадка

Капитальные затраты (€/т)

0,16

0,89

0,19

Эксплуатационные расходы (€/т)

0,28

1,11

0,45

Итого (€/т)

0,44

2,00

0,64

 

В этой связи быстро развивающиеся технологии радиометрического обогащения, в силу своих преимуществ вызывают широкий интерес недропользователей во всем мире. 

 


 

Заключение

Стремительно развивающиеся радиометрические методы обогащения позволяют добиваться приемлемых технологических и экономических показателей на различном виде минерального сырья.

Применение XRT-сепарации TOMRA Sorting позволяет повысить экономическую эффективность производства угольной продукции, за счет:

  • низких капитальных затрат;
  • высокой производительности;
  • мобильности комплекса – возможность установки на руднике;
  • снижения транспортных издержек;
  • низкого энергопотребления;
  • исключения воды из процесса обогащения.

Внедрение XRT-сепарации в технологическую цепочку предприятий угольной промышленности, с учетом заявленных преимуществ технологии, позволит принципиально повысить эффективность таких предприятий в части недропользования, обогащения и обеспечить конкурентоспособность в долгосрочной перспективе. 

 

 

Дополнительная информация