Сортировка руды: технологии, проекты, оборудование (обзор)

Классификация систем сортировки руды

Существуют различные классификации современных технологий сортировки руд и пород. По типу разделения частиц выделяют системы с конвейерным питанием и с питанием по желобу. Так, можно выделить более десяти разновидностей сортировочных систем в зависимости от принципа функционирования и типа используемых датчиков (табл.).

Разновидности систем сортировки в зависимости от принципа функционирования и типа используемых датчиков

Исходя из представленной выше классификации, с определенной долей условности можно выделить следующие типы систем, функционирующих непосредственно по рудам драгоценных металлов, в том числе золота:

- радиометрические;

- рентгеноабсорбционные;

- рентгенофлуоресцентные;

- цветовые;

- тепловые инфракрасные;

- лазерные;

- магнитно-резонансные;

- комбинированные.

По механизму питания системы сортировки можно разделить на конвейерные и желобчатные (рис. 1, 2).

Применение систем сортировки имеет ряд ограничений технического характера:

- Сортировка эффективна только по фракциям определенной крупности (зависит от характеристик руды и особенностнй датчика): если крупность очень маленькая — снижается производительность, очень крупная — возрастает степень разубоживания.

- Каждое месторождение уникально по минерализации, минералогии и особенностям вскрытия минерального сырья, поэтому не все руды в принципе подходят для сортировки.

- Степень вскрытия (может потребоваться предварительное дробление).

- Различия физических характеристик кусков породы должны распознаваться датчиками.

Выбор конкретной разновидности системы сортировки определяется характером перерабатываемого материала, технологическими и техническими особенностями объекта, экономикой и т.д. В целом при рассмотрении возможности внедрения сортировки рекомендуется обратить внимание на следующие факторы:

- размер месторождения (больше подходят месторождения малого и среднего масштаба, эффективность и производительность сортировки по большим объемам на сегодняшний день вызывает вопросы);

- минералогия, крупность, а также цвет частиц (в случае использования фотометрических сортировочных систем);

- возможность организации предварительного дробления;

- состояние поверхности частиц (например, эффективность сортировки может снижаться при загрязнении частиц);

- прогнозируемая эффективность сортировки;

- однородность/неоднородность руды;

расположение сортировочного устройства в технологической схеме (распространено мнение, согласно которому цикл сортировки следует внедрять на как можно более ранних этапах производственного процесса);

- производительность сортировочной системы;

- результаты испытаний.

Проекты и оборудование сортировки золотосодержащих руд

Ниже представлено краткое описание современных проектов и систем сортировки руд, в первую очередь золотосодержащих, в зависимости от используемой технологии.

Рентгеноабсорбционные системы

Рентгеноабсорбционные (рентгенотрансмиссионные) системы (англ. X-ray Transmission, XRT) — один из наиболее востребованных типов систем сортировки на сегодняшний день. Объясняется это в первую очередь тем, что данный принцип более универсален по различным типам минерального сырья. Если еще десять лет назад XRT-системы работали только по углю, вольфраму и золоту, то сегодня их используют также по олову, меди, железной руде, хромиту, алмазам и т.д.

XRT-технология позволяет определять и разделять материалы на основе их удельной атомной плотности — основному минералогическому свойству элементного состава, выявляемому при затухании жесткого рентгеновского излучения. Это облегчает процесс анализа сырья, содержащего определенные элементы.

Следующее преимущество XRT-систем в некоторой степени связано с первым и выражено в большей отработанности технологии, что позволило существенно повысить производительность систем и снизить расходы.

Однако, как отмечено выше, существует и ряд ограничений на применение систем сортировки в целом и XRT-систем в частности. Основное — глубина проникновения излучения. Этот параметр зависит от характера материала. Так, например, по некоторым данным система XRT-сортировки без потери качества способна работать по частицам крупностью в среднем 40–50 мм (в некоторых источниках — до 100–150 мм).

За последнее время реализовано несколько крупных проектов по использованию XRT-технологии для сортировки золотосодержащих руд. Так, например, внедрением соответствующей системы на проекте добычи золота и серебра Ixtaca в Мексике занимается Almaden Minerals. В компании отмечают, что использование этой технологии позволит существенно увеличить производство золота (до 5,4 т в год) при сравнительно низкой себестоимости (около 850 долл. США за унцию).

XRT-сортировку в Almaden Minerals собираются реализовать на стадии предварительной концентрации руды: на выходе планируется получать материал для ЗИФ с содержанием Au 0,77 г/т, Ag 47,9 г/т (содержание в исходной руде — 0,59 и 36,3 г/т соответственно). Предварительно руду будут измельчать в дробилке по трем фракциям на выходе: крупной (+20 мм), средней (12–20 мм) и мелкой (минус 12 мм). Первые две фракции будут подавать на установку сортировки, третью — напрямую на ЗИФ.

Один из лидеров в области разработки специализированного сортировочного оборудования — компания TOMRA. В 2018 г. она представила новую установку рентгеноабсорбционной сортировки руды COM XRT 2.0. Среди основных особенностей системы выделяют повышенную скорость и пропускную способность, напрямую влияющие на повышение эффективности переработки минерального сырья. Также была увеличена износостойкость компонентов установки, расширен срок их службы, облегчено техническое обслуживание. Скорость движения ленты COM XRT 2.0 была увеличена до 3,5 м/с. Система снабжена источником излучения повышенной мощности, который обеспечивает сортировку более крупного материала благодаря эффективному проникновению излучения в частицы. Кроме того, установка оснащена системой селективного разделения материала, функционирующей на основе результатов обработки данных и точного регулирования действия пневматических клапанов.

Рентгенофлуоресцентные системы

Компания Hecla Mining проводит испытания опытно-экспериментальной установки рентгенофлуоресцентной сортировки руды на руднике по добыче золота и серебра San Sebastian в мексиканском штате Дуранго. В руководстве компании подчеркивают, что анализируемый подход достаточно привлекателен с экономической точки зрения и, если будет доказана возможность увеличения уровня извлечения ценного компонента, внедрение систем XRF-сортировки будет тщательным образом рассмотрено. 

В активе компании IMA Engineering и фирмы Mine On-Line Service появилась система моделирования сортировки OSSCORE, позволяющая посредством рентгенофлуоресцентной технологии анализировать различные параметры. С ее помощью, а также на основе имеющихся данных, в частности по буровым работам, можно устанавливать расположение руды и жил.

Применение OSSCORE на рудах одного из серебряных месторождений в Финляндии позволило повысить объемы подлежащего переработке материала, улучшить план горных работ, увеличить расчетную производительность.

Магнитно-резонансные системы

CSIRO (Государственное объединение научных и прикладных исследований Австралии, англ. Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) разработало анализатор, способный сократить объемы производства отходов на добыче меди. Он представляет собой новую разновидность системы сортировки, работающей по магнитно-резонансной технологии. Система испускает короткие импульсы волн, проникающие в медную руду. Использование анализатора позволит снизить расходы электроэнергии и воды, эксплуатационные затраты. Выводом системы на международный рынок занимается фирма NextOre, организованная CSIRO совместно с компаниями RFC Ambrian и Advisian Digital.

Среди основных преимуществ магнитно-резонансной технологии в NextOre выделяют бо́льшую глубину проникновения высокочастотного поля по большинству типов сырья; повышенную селективность; простоту калибровки; независимость от состояния поверхности частицы, содержания влаги; скорость и точность функционирования. Основными типами распознаваемого минерального сырья является халькопирит, ковеллин, халькоцит, энаргит, тенантит, куприт, тенорит, арсенопирит, гематит, магнетит и т.д.

Лазерные системы

Фирма ТOMRA выпустила комплексную технологию сортировки золотосодержащего кварцевого материала, которая способна существенно повысить эффективность переработки и извлечения золота, распознавать и отделять даже те разновидности минерального сырья, которые невозможно отсортировать при помощи других систем. Система обладает возможностью настройки по многим критериям сортировки, что значительно повышает точность ее функционирования. Технология основана на использовании многоканальной лазерной сканирующей системы, способной распределять элементы материала одновременно по цвету, яркости, крупности, форме, структуре поверхности.

Комбинированные системы

Испытания XRT-системы в сочетании с электромагнитными индукционными датчиками провела компания Novo Resources по месторождению золота Karratha в Западной Австралии. На объекте наблюдается минерализация с самородковым эффектом, что существенно осложняет переработку руды и отделение пустой фракции, однако такая комбинация технологий помогла специалистам решить эту проблему. За счет рентгеноабсорбционного метода происходит распознавание сырья, содержащего частицы с высокой атомной плотностью, в том числе золота, а электромагнитные датчики отвечают за выявление материала с определенным электрическим зарядом, обусловленным наличием в нем частиц металлов.

На еще одном австралийском объекте, месторождении Mt Todd, компания Vista Gold применяет XRT-сортировку в комплексе с лазерными датчиками. Такой подход обеспечивает эффективное разделение ценного и пустого материалов крупной фракции (+16 мм), поступающих после измельчения на роллер-прессах. Лазерные датчики распознают руду с кварцем непосредственно после сортировки.

Компания Steinert разрабатывает комбинированные системы, в которых объединены технологии магнитной и прочих типов сортировки. Так, различные типы датчиков в сочетании с XRT с высокой точностью способны распознавать отдельные химические элементы, а оптическая сортировка вместе с лазерными сенсорами и XRT отлично подходят для анализа руд.

Одна из таких многокомпонентных систем сортировки (XRT и лазерные датчики) прошла успешные испытания на проекте по добыче золота Alpine (компания Braveheart Resources) в Британской Колумбии, Канада. Цель работ — определение возможностей сортировочной системы Steinert повысить качество минерального сырья непосредственно перед его транспортировкой и переработкой на фабрике.

В процессе испытаний использовались композитные пробы и пробы сырой руды, отсортированной до крупности +10 мм. В результате содержание золота в пробах сырой руды было увеличено с 14,7 до 20,3 г/т (извлечение — 92,8%, отходный пустой материал — 32,7%); композитных — с 25,4 до 43,2 г/т (извлечение — 81,3%, отходный пустой материал — 52,1%).

Итоги испытаний были успешны. Сегодня сортировку в компании рассматривают как важный компонент общего процесса обогащения.

Перспективные системы

Еврокомиссия выделила грант 9,3 млн евро на реализацию проекта X-Mine, задача которого — разработка  технологии для эффективного анализа кернов и сортировки руд на основе применения  датчиков от разных производителей.

В проекте участвуют учреждения, организации из Финляндии (VTT), Швеции (Уппсальский университет), Румынии (Геологический институт Румынии), производители оборудования, в т.ч. финской Advacam Oy, польской Antmicro и Comex Polska, шведской Orexplore AB, горнодобывающие компании (Assarel Medet (Болгария), Hellas Gold (Греция), Hellenic Copper Mines (Кипр), Lovisagruvan AB (Швеция). Цель совместной работы — разработка таких систем переработки минерального сырья, которые позволят на порядок увеличить эффективность извлечения, снизить объемы производства пустого материала, сократить отрицательное влияние на окружающую среду, уменьшить производственные расходы.

Наконец, специалисты Института интегральных схем общества Фраунгофера (англ. Fraunhofer Institute for Integrated Circuits) вместе с партнерами из других организаций планируют использовать искусственный интеллект и сочетания различных датчиков для предварительного анализа концентрации ценных компонентов в минеральном сырье. С этой целью был запущен специальный проект, получивший название REWO-SORT. Его задача заключается в оценке технической возможности и разработке технологии сортировки сырья посредством набора оптических и рентгенографических датчиков. Конечным итогом проекта должна стать разработка надежного и точного способа мониторинга минералогии отрабатываемого материала, обеспечивающего возможность анализа геологических, минералогических, механических и металлургических свойств руды непосредственно в процессе ее перемещения на конвейере.

При подготовке статьи использованы материалы из следующих источников:

- Robben, C., Wotruba, H. Sensor-Based Ore Sorting Technology in Mining – Past, Present and Future // Minerals 2019, 9(9), 523; https://doi.org/10.3390/min9090523

www.ausimmbulletin.com, www.altamet.com.au, www.australianmining.com.au, www.gekkos.com, www.im-mining.com, www.merlyn-consulting.com, www.mining.com, www.min-eng.com, www.outotec.ru.    

https://zolotodb.ru/